韓　輝（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

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塔架式抽油機舉升技術(shù)應用

韓輝（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

針對普通游梁式抽油機傳動效率較低，能量損耗大，制約油井系統(tǒng)效率提高的問題，開展塔架式抽油機舉升技術(shù)試驗。采用塔架式結(jié)構(gòu)，取消游梁式抽油機的傳動結(jié)構(gòu)，并在智能變頻裝置控制下實現(xiàn)抽油桿的上下往復運動。結(jié)合其他采油廠應用情況，開展技術(shù)改進，增加了彈性聯(lián)軸器和2組動滑輪，并對鋼絲繩部分進行改進，提高塔架式抽油機節(jié)能效果和適用性?，F(xiàn)場試驗5口井，與游梁式抽油機相比，塔架式抽油機的系統(tǒng)效率提高4.3%，平均單井日節(jié)電27.54 kWh，節(jié)能效果顯著，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目標。

塔架式抽油機游梁式抽油機動滑輪彈性聯(lián)軸器系統(tǒng)效率

游梁式抽油機作為使用最早、最普遍的抽油機，憑借其結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等優(yōu)點，在機械采油設(shè)備數(shù)量上占據(jù)絕對優(yōu)勢，同時在油田開發(fā)中發(fā)揮了重要作用；但由于游梁式抽油機采用四連桿結(jié)構(gòu)，傳動節(jié)點多，傳動效率低，能量損失較大，制約機采井系統(tǒng)效率的提高，不適應當前油田節(jié)能降耗的發(fā)展趨勢［1］。

塔架式抽油機采用塔架式結(jié)構(gòu)，取消了游梁式抽油機的四連桿傳動機構(gòu)，通過智能變頻裝置改變永磁電動機旋轉(zhuǎn)方向，實現(xiàn)抽油桿的上下往復運動，是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、能耗較低的新型舉升設(shè)備，對降低油田開發(fā)成本具有重要意義。

1　工作原理

1.1結(jié)構(gòu)原理

塔架式抽油機主要由基礎(chǔ)、塔架、永磁電動機、彈性聯(lián)軸器、減速箱、驅(qū)動輪和前后動滑輪、鋼絲繩、配重、移機裝置、彈性緩沖器、爬梯和護欄等部件組成，具體結(jié)構(gòu)示意見圖1，現(xiàn)場實物見圖2、圖3。

該抽油機使用低速大轉(zhuǎn)矩永磁電動機作動力系統(tǒng)，電動機與減速箱通過彈性聯(lián)軸器連接，經(jīng)減速箱減速后，能量由減速箱輸出端傳遞到驅(qū)動輪，驅(qū)動輪通過2組鋼絲繩下的動滑輪分別拉動抽油桿和配重做直線運動，通過控制系統(tǒng)改變電動機旋轉(zhuǎn)方向，實現(xiàn)抽油桿上下往復運動，完成抽油過程。

圖1　塔架式抽油機結(jié)構(gòu)

圖2　塔架式抽油機現(xiàn)場實物

圖3　塔架式抽油機上平臺

1.2節(jié)能原理

結(jié)構(gòu)節(jié)能：采用齒輪、動滑輪傳動代替?zhèn)鹘y(tǒng)游梁式抽油機的四連桿機構(gòu)傳動，結(jié)構(gòu)簡單，機械效率高，同時降低電動機裝機功率。

平衡方式節(jié)能：采用天平平衡方式，通過精確調(diào)整配重，使配重質(zhì)量和懸點載荷相近，有效降低抽汲過程中電動機的功率消耗。

電動機節(jié)能：永磁同步電動機功率因數(shù)高，效率高，無功功率小；啟動扭矩大，降低電動機裝機功率，減少電能浪費。

控制系統(tǒng)節(jié)能：根據(jù)塔架式抽油機的工作特點，設(shè)計軟啟動功能，消除啟動沖擊，降低裝機功率及變壓器容量；電動機在運行過程中，電壓隨井下載荷變化而變化，降低電動機的功率消耗。

2　技術(shù)特點

塔架式抽油機屬于“長沖程、低沖速”機電一體化抽油機，結(jié)合了現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)和直線抽油方式，可解決常規(guī)游梁式抽油機能耗高、機械效率低、調(diào)參困難的問題，具有多方面的技術(shù)優(yōu)點［2］。

2.1節(jié)能效果顯著

用齒輪、動滑輪傳動代替?zhèn)鹘y(tǒng)的四連桿機構(gòu)傳動，結(jié)構(gòu)簡單，機械效率高；采用天平平衡方式，平衡精調(diào)超過95%，無功損耗大幅降低；采用變頻技術(shù)，電動機在運行過程中，電壓是隨井下載荷變化而變化，降低電動機的功率消耗，與普通游梁式抽油機相比，綜合節(jié)電率達33.47%。

2.2長沖程、低沖速，滿足低滲透油田需要

目前，在第七采油廠葡南區(qū)塊現(xiàn)場試驗WCYJT8-4-9.9Z型塔架式抽油機。該抽油機最大沖程為4 m，最小沖速可調(diào)至0.5 min-1以下，沖程、沖速均可無極調(diào)整，最大程度地滿足地層供液能力差井的生產(chǎn)要求，提高油井泵效，降低沖速，提高低產(chǎn)井系統(tǒng)效率，實現(xiàn)低產(chǎn)井連續(xù)生產(chǎn)，有效防止蠟卡、凍井等事故的發(fā)生。

通過控制上、下沖程頻率，可實現(xiàn)上沖程速度較快、下沖程速度較慢的生產(chǎn)方式，減少漏失量，增加泵的充滿程度，提高泵效。

抽油機上、下沖程均實現(xiàn)“慢—快—慢”的運動過程，換向時加速度小，減小光桿彎曲及彈性變形，長沖程、低沖速可減輕桿管偏磨，延長檢泵周期。

2.3生產(chǎn)維護工作量小，勞動強度低

塔架式抽油機保養(yǎng)點少，只有鋼絲繩、動滑輪等需定期潤滑；保養(yǎng)率低，一年2次；生產(chǎn)過程中沖程、沖速、防沖距的調(diào)整均可通過手持遙控器遠程操作完成，快速、方便、準確；平衡調(diào)整只需單人對配重進行操作即可完成；電動機與減速箱之間采用彈性聯(lián)軸器連接，無須更換皮帶。

2.4安全性能高，防洪性能好

采用電磁制動技術(shù)，當按“停止”按鈕或電路突然斷電時，制動系統(tǒng)的控制電路失磁，制動器動作，實現(xiàn)抽油機平穩(wěn)可靠剎車；變頻系統(tǒng)自控程度高，對過載、失速具有完善保護功能，當抽油桿斷脫時系統(tǒng)能及時可靠停機。

電動機和控制箱位于塔架上平臺，能夠有效解決泄洪區(qū)油井洪水季生產(chǎn)問題，減少停井對原油產(chǎn)量的影響。

3　技術(shù)改進

塔架式抽油機在大慶油田其他采油廠應用以來，在提高低產(chǎn)井系統(tǒng)效率及敏感地區(qū)適用性上效果較好；但仍存在一些問題亟需解決，結(jié)合現(xiàn)場應用問題，對鋼絲繩、電動機與減速箱傳動部分進行了改進，并增加了動滑輪傳動機構(gòu)。

3.1鋼絲繩

針對第十采油廠塔架式抽油機鋼絲繩使用壽命短、更換頻繁的問題，從鋼絲繩結(jié)構(gòu)設(shè)計、受力等方面進行了改進，改進后的鋼絲繩已正常運行超過300 d，預期使用壽命大于3年，具體改進方法如下：

◇選用國家標準設(shè)計防旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，提高鋼絲繩抗拉強度；

◇驅(qū)動輪、動滑輪直徑均大于鋼絲繩直徑的30倍，增加受力面積，如圖4所示；

◇與鋼絲繩接觸的部位均采用圓弧設(shè)計，將線接觸改為面接觸，增加受力面積，如圖5所示；

表1　試驗前后基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對比

表2　試驗前后節(jié)能效果對比

圖4　動滑輪設(shè)計

圖6　彈性緩沖器

◇動滑輪采用MC尼龍，減少鋼絲繩的磨損；

◇拉抽油桿鋼絲繩與前橫梁采用彈性緩沖器過渡連接，減少鋼絲繩運動過程所受的慣性力，如圖6所示。

3.2電動機與減速箱傳動部分

針對目前在用塔架式抽油機電動機與減速箱皮帶進行傳動易發(fā)生打滑、損壞，導致更換頻繁影響生產(chǎn)時率的問題，設(shè)計彈性聯(lián)軸器，提高傳動效率及可靠性，現(xiàn)場實物見圖7。

3.3動滑輪傳動機構(gòu)

針對目前在用塔架式抽油機卸載時無法單獨掛抽，需吊車配合的問題，設(shè)計動滑輪傳動機構(gòu)，減少50%載荷，同時降低負載對電動機、減速箱轉(zhuǎn)矩的需求，提高適用性，現(xiàn)場實物見圖8。

圖7　彈性聯(lián)軸器

圖8　動滑輪傳動

4　現(xiàn)場試驗效果

從2014年8月14日開始，在葡南區(qū)塊5口井上進行了現(xiàn)場試驗，試驗后運行平穩(wěn)，截至目前免修期已超過400 d。試驗井原為游梁式抽油機井，塔架式抽油機試驗近1年來運行平穩(wěn)，從測試數(shù)據(jù)（表1）看節(jié)能效果明顯。安裝塔架式抽油機后，5口井平均單井有功功率為3.61 kW，下降1.16 kW；系統(tǒng)效率為15.7%，提高4.3百分點；平均單井日節(jié)電27.54 kW，5口井年累計節(jié)電5.026×104kWh，具有較好的節(jié)能效果（表2）。

5　結(jié)論與認識

1）塔架式抽油機通過改變抽油機的結(jié)構(gòu)，采用天平平衡方式和動滑輪等結(jié)構(gòu)，使抽油機本身的工作方式具有節(jié)能特性，同時使用永磁電動機，節(jié)能效果明顯。

2）現(xiàn)場試驗表明，塔架式抽油機與傳統(tǒng)抽油機相比具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、節(jié)能效果明顯的優(yōu)點。

3）塔架式抽油機不僅可以提高機采井系統(tǒng)效率，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，而且通過使用智能化變頻控制裝置提高抽油機安全性能，減少工作量，降低勞動強度，降低油田的綜合成本。

［1］于得水，塔架式數(shù)控抽油機應用效果評價［J］.石油石化節(jié)能，2014，4（4）：13-15.

［2］陳濤平，胡靖邦.石油工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2002：274-284.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.12.008

2015-08-18）

韓輝，2012年畢業(yè)于西南石油大學（石油工程專業(yè)），從事采油工程新技術(shù)研究、機采節(jié)能管理等工作，E-mail：hanhui1025@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第七采油廠工程技術(shù)大隊，163517。