孟旭明　高袁麟

摘 要：本文通過對傳統(tǒng)的皮帶式、游梁式抽油機的創(chuàng)新，針對叢井采油設(shè)計出具有高效節(jié)能，電氣控制的雙塔自平衡式抽油機，其傳動方式為：智能換向電動機→減速箱→同步帶輪→同步帶→抽油桿往復(fù)運動，其中智能換向電動機能實現(xiàn)智能換向，由限位開關(guān)防止控制出現(xiàn)失靈。換向由電氣控制實現(xiàn)，使抽油機整體結(jié)構(gòu)簡單；該抽油機利用對稱分布的抽油桿，平衡了自身重量，減少了能耗。

關(guān)鍵詞：抽油機；自平衡；雙井；電機換向

1.研究背景

傳統(tǒng)的抽油機主要有：游梁式抽油機、鏈條式抽油機、皮帶式抽油機等。近年來世界抽油機技術(shù)發(fā)展，其向著更好的適應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟性和先進性發(fā)展；并且提高了抽油機平衡效果，改善了抽油機的運動特性、動力特性等平衡特性；增大了抽油機的使用范圍，強化了抽油機智能化程度。

傳統(tǒng)的抽油機的換向多采用機械換向。游梁式抽油機的換向是利用曲柄帶動連桿上下往復(fù)運動，皮帶式抽油機利用單鏈條連接曲拐和滑車架在框架中上下往復(fù)運動實現(xiàn)上下抽油，鏈條式抽油機通過齒條鏈輪實現(xiàn)換向。隨著機電一體化的發(fā)展，將電氣控制技術(shù)應(yīng)用于抽油機，直接利用電機實現(xiàn)上下沖程也在實際生產(chǎn)中得以運用。

目前，國內(nèi)油田采用的抽油機多數(shù)是游梁式抽油機，游梁式抽油機—有桿抽油泵個系統(tǒng)的總效率在國內(nèi)一般地區(qū)均只12%～23%，先進地區(qū)至今也小到30%美國的常規(guī)型抽油機系統(tǒng)效率較高，但也僅有46%系統(tǒng)效率低下，能耗大，耗電就多。

本文設(shè)計出一種雙塔自平衡式抽油機。利用叢式井抽油機利用兩口油井距離近的特點，用一臺抽油機同時抽油，采用雙井平衡方式，利用調(diào)節(jié)兩口油井下泵深度、抽油桿組合和抽油泵直徑大小，使兩口油井的載荷相互平衡，可取得更精確的平衡和節(jié)能效果，具有更好的經(jīng)濟效益。不再利用傳統(tǒng)機械式的上下沖程換向，而是采用現(xiàn)在已在勝利油田、大港油田、大慶油田、新疆油田已實用的智能換向電動機，通過其正反轉(zhuǎn)即能實現(xiàn)雙側(cè)抽油桿同時作業(yè)，實現(xiàn)了傳統(tǒng)的抽油機自動化與智能化的改進與發(fā)展。

2.結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1結(jié)構(gòu)簡介

通過兩塔架1中間放置電動機2經(jīng)減速箱3輸出動力到同步帶輪6，利用同步帶輪帶動同步帶8運動，而同步帶兩側(cè)連接兩個抽油桿4，即可實現(xiàn)兩口油井抽油桿自平衡運行，代替了傳統(tǒng)皮帶式抽油機的平衡塊，實現(xiàn)一個上下沖程能滿足兩口井同時完成一次作業(yè)。

而在運行過程中，采用開關(guān)磁阻調(diào)速電動機拖動，由可編程控制器進行準確的位置控制。保證了實現(xiàn)了兩側(cè)的抽油桿的上下往復(fù)抽油作業(yè)。

圖2.1 雙塔自平衡式抽油機結(jié)構(gòu)圖

1-傳動塔架 2-智能換向電機 3-減速箱 4-抽油桿 5-天輪 6-同步帶輪 7-底輪

2.2 傳動皮帶（同步帶）設(shè)計

如圖2.2所示電機通過減速箱減得到軸的低速轉(zhuǎn)動，從而帶動同步帶輪的轉(zhuǎn)動。利用主動同步帶輪軸、兩個塔架底部同步帶輪軸的垂直高度不一致，其中心形成一個等腰三角形，在此基礎(chǔ)上將雙面同步帶輪繞過主動同步帶輪軸頂部，再從下側(cè)繞過底部的兩同步帶輪，從而實現(xiàn)了同步帶輪的張緊，能始終保持與帶輪的嚙合。

圖2.2 同步帶及同步帶輪位置設(shè)計

2.3 換向?qū)崿F(xiàn)

雙塔自平衡式抽油機采用雙換向方式，保證精準換向。采用開關(guān)磁阻調(diào)速電動機拖動，由可編程控制器進行準確的位置控制。為了防止控制上偏差以及突發(fā)失靈的發(fā)生，同時還在在同步帶上，根據(jù)抽油機沖程設(shè)置撥針，從而實現(xiàn)在同步帶的極限位置撥動限位開關(guān)，電氣控制調(diào)速電機反向運轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)了換向的目的。

圖2.3 動力輸出

1-同步帶輪 2-動力輸出軸及齒輪

2.4剎車的實現(xiàn)

在底部兩個導(dǎo)輪1處同樣設(shè)置同步帶輪2，在需要臨時停止運行時，通過設(shè)置的剎車裝置2實現(xiàn)及時剎車。剎車裝置如圖2.4示，類似于普通的汽車的剎車片工作原理一樣，即內(nèi)圈抱緊同步帶輪，實現(xiàn)在第一時間制動。

圖2.4 底輪傳動及剎車

1-底輪耳板 2-同步帶輪 3-剎車裝置

3.分析與討論

3.1節(jié)能分析

常規(guī)抽油機所用的電動機為鼠籠電動機，電動機在啟動時電流為額定電流的6-7倍。而電動機換向智能抽油機的電動機為先進的開關(guān)磁阻電動機，功率因數(shù)近似為1，電動機啟動電流小。

電動機換向智能抽油機機械傳動線路短，從電動機聯(lián)軸器至一級減速器聯(lián)軸器工作機構(gòu)的機械傳動效率在80%以上。而常規(guī)抽油機機械傳動線路長，機械傳動效率低，僅在40%左右，該抽油機比常規(guī)抽油機機械傳動效率提高1倍。

雙塔自平衡式抽油機巧妙運用抽油桿重力自平衡，實現(xiàn)扭矩平衡，能實現(xiàn)叢井同時業(yè)，將傳統(tǒng)的配重塊設(shè)置為另一個對稱分布的抽油桿，減少了能源的損耗。

3.2智能換向分析

傳統(tǒng)的游梁式抽油機、鏈條式抽油機、皮帶式抽油機其換向均為機械換向，通過設(shè)置曲柄、鏈節(jié)帶動導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)換向。雙塔自平衡式抽油機將其從機械換向方式轉(zhuǎn)換為現(xiàn)代油田中新興的電機換向方式，隨著電動機技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的伺服電機、調(diào)速電機等不再僅僅局限于高速輕載的領(lǐng)域中，例如包裝機械、電子機械、印刷機械，逐漸應(yīng)用于石油領(lǐng)域中低速重載的場合。該類電機如加上微控制器單片機，通過編程即可實現(xiàn)本地或者異地控制電機的運轉(zhuǎn)，監(jiān)視實時運行的轉(zhuǎn)速、扭矩、電壓、電流等情況，實現(xiàn)自動化控制管理。

剎車系統(tǒng)能實現(xiàn)抽油機立即停轉(zhuǎn)，防止慣性繼續(xù)運轉(zhuǎn)。

四、結(jié)論

目前我國很多油田為了提高產(chǎn)量往往打了很多密井；一些新發(fā)現(xiàn)的大油田打了很多叢式井；海洋平臺上也有近距離油井。這些密井使得高效、節(jié)能環(huán)保的雙井抽油機有了用武之地。雙塔自平衡式抽油機，電機智能換向結(jié)構(gòu)簡單，抽油效率高，節(jié)能明顯。其傳動設(shè)計突破了傳統(tǒng)抽油機的機械傳動的方式，使抽油機整體結(jié)構(gòu)簡單。雙塔自平衡式抽油機還可以適用于叢式井、密井、海洋平臺油井的開采。

參考文獻：

[1]孫慶紅，溫澤民，王善政等.電動機換向智能抽油機應(yīng)用與分析[J].石油機械，2002，30（5）：31-33.DOI：10.3969/j.issn.1001-4578.2002.05.011.

[2]任志剛.油田抽油機發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國化工貿(mào)易，2014，（17）：123-123，125.DOI：10.3969/j.issn.1674-5167.2014.17.108.

[3]袁新安，尹宇，崔學(xué)政等.寬帶式長沖程雙井抽油機方案設(shè)計[J].科教文匯，2012，（21）：89.

[4]金鐘輝，彭勇，費凡等.數(shù)字化抽油機技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].石油機械，2014，42（12）：65-68.DOI：10.3969/j.issn.1001-4578.2014.12.015.