韓　輝（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

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塔架式抽油機(jī)舉升技術(shù)應(yīng)用

韓輝（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

針對(duì)普通游梁式抽油機(jī)傳動(dòng)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(jī)舉升技術(shù)試驗(yàn)。采用塔架式結(jié)構(gòu)，取消游梁式抽油機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，并在智能變頻裝置控制下實(shí)現(xiàn)抽油桿的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。結(jié)合其他采油廠應(yīng)用情況，開展技術(shù)改進(jìn)，增加了彈性聯(lián)軸器和2組動(dòng)滑輪，并對(duì)鋼絲繩部分進(jìn)行改進(jìn)，提高塔架式抽油機(jī)節(jié)能效果和適用性?，F(xiàn)場試驗(yàn)5口井，與游梁式抽油機(jī)相比，塔架式抽油機(jī)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(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目標(biāo)。

塔架式抽油機(jī)游梁式抽油機(jī)動(dòng)滑輪彈性聯(lián)軸器系統(tǒng)效率

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

塔架式抽油機(jī)采用塔架式結(jié)構(gòu)，取消了游梁式抽油機(jī)的四連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過智能變頻裝置改變永磁電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，實(shí)現(xiàn)抽油桿的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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(duì)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(jī)主要由基礎(chǔ)、塔架、永磁電動(dòng)機(jī)、彈性聯(lián)軸器、減速箱、驅(qū)動(dòng)輪和前后動(dòng)滑輪、鋼絲繩、配重、移機(jī)裝置、彈性緩沖器、爬梯和護(hù)欄等部件組成，具體結(jié)構(gòu)示意見圖1，現(xiàn)場實(shí)物見圖2、圖3。

該抽油機(jī)使用低速大轉(zhuǎn)矩永磁電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)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(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪通過2組鋼絲繩下的動(dòng)滑輪分別拉動(dòng)抽油桿和配重做直線運(yùn)動(dòng)，通過控制系統(tǒng)改變電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，實(shí)現(xiàn)抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成抽油過程。

圖1　塔架式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2　塔架式抽油機(jī)現(xiàn)場實(shí)物

圖3　塔架式抽油機(jī)上平臺(tái)

1.2節(jié)能原理

結(jié)構(gòu)節(jié)能：采用齒輪、動(dòng)滑輪傳動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)游梁式抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)械效率高，同時(shí)降低電動(dòng)機(jī)裝機(jī)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(diǎn)載荷相近，有效降低抽汲過程中電動(dòng)機(jī)的功率消耗。

電動(dòng)機(jī)節(jié)能：永磁同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)高，效率高，無功功率小；啟動(dòng)扭矩大，降低電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率，減少電能浪費(fèi)。

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

2　技術(shù)特點(diǎn)

塔架式抽油機(jī)屬于“長沖程、低沖速”機(jī)電一體化抽油機(jī)，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(jī)能耗高、機(jī)械效率低、調(diào)參困難的問題，具有多方面的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)［2］。

2.1節(jié)能效果顯著

用齒輪、動(dòng)滑輪傳動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)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(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，電壓是隨井下載荷變化而變化，降低電動(dòng)機(jī)的功率消耗，與普通游梁式抽油機(jī)相比，綜合節(jié)電率達(dá)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(yàn)WCYJT8-4-9.9Z型塔架式抽油機(jī)。該抽油機(jī)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(shí)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(shí)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(jī)上、下沖程均實(shí)現(xiàn)“慢—快—慢”的運(yùn)動(dòng)過程，換向時(shí)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(hù)工作量小，勞動(dòng)強(qiáng)度低

塔架式抽油機(jī)保養(yǎng)點(diǎn)少，只有鋼絲繩、動(dòng)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(yuǎn)程操作完成，快速、方便、準(zhǔn)確；平衡調(diào)整只需單人對(duì)配重進(jìn)行操作即可完成；電動(dòng)機(jī)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(dòng)技術(shù)，當(dāng)按“停止”按鈕或電路突然斷電時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)的控制電路失磁，制動(dòng)器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)平穩(wěn)可靠剎車；變頻系統(tǒng)自控程度高，對(duì)過載、失速具有完善保護(hù)功能，當(dāng)抽油桿斷脫時(shí)系統(tǒng)能及時(shí)可靠停機(jī)。

電動(dòng)機(jī)和控制箱位于塔架上平臺(tái)，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(duì)原油產(chǎn)量的影響。

3　技術(shù)改進(jìn)

塔架式抽油機(jī)在大慶油田其他采油廠應(yīng)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(yīng)用問題，對(duì)鋼絲繩、電動(dòng)機(jī)與減速箱傳動(dòng)部分進(jìn)行了改進(jìn)，并增加了動(dòng)滑輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

3.1鋼絲繩

針對(duì)第十采油廠塔架式抽油機(jī)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(jì)、受力等方面進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的鋼絲繩已正常運(yùn)行超過300 d，預(yù)期使用壽命大于3年，具體改進(jìn)方法如下：

◇選用國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)防旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，提高鋼絲繩抗拉強(qiáng)度；

◇驅(qū)動(dòng)輪、動(dòng)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(jì)，將線接觸改為面接觸，增加受力面積，如圖5所示；

表1　試驗(yàn)前后基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)比

表2　試驗(yàn)前后節(jié)能效果對(duì)比

圖4　動(dòng)滑輪設(shè)計(jì)

圖6　彈性緩沖器

◇動(dòng)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(yùn)動(dòng)過程所受的慣性力，如圖6所示。

3.2電動(dòng)機(jī)與減速箱傳動(dòng)部分

針對(duì)目前在用塔架式抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)與減速箱皮帶進(jìn)行傳動(dòng)易發(fā)生打滑、損壞，導(dǎo)致更換頻繁影響生產(chǎn)時(shí)率的問題，設(shè)計(jì)彈性聯(lián)軸器，提高傳動(dòng)效率及可靠性，現(xiàn)場實(shí)物見圖7。

3.3動(dòng)滑輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

針對(duì)目前在用塔架式抽油機(jī)卸載時(shí)無法單獨(dú)掛抽，需吊車配合的問題，設(shè)計(jì)動(dòng)滑輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，減少50%載荷，同時(shí)降低負(fù)載對(duì)電動(dòng)機(jī)、減速箱轉(zhuǎn)矩的需求，提高適用性，現(xiàn)場實(shí)物見圖8。

圖7　彈性聯(lián)軸器

圖8　動(dòng)滑輪傳動(dòng)

4　現(xiàn)場試驗(yàn)效果

從2014年8月14日開始，在葡南區(qū)塊5口井上進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)后運(yùn)行平穩(wěn)，截至目前免修期已超過400 d。試驗(yàn)井原為游梁式抽油機(jī)井，塔架式抽油機(jī)試驗(yàn)近1年來運(yùn)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(jī)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(diǎn)；平均單井日節(jié)電27.54 kW，5口井年累計(jì)節(jié)電5.026×104kWh，具有較好的節(jié)能效果（表2）。

5　結(jié)論與認(rèn)識(shí)

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

2）現(xiàn)場試驗(yàn)表明，塔架式抽油機(jī)與傳統(tǒng)抽油機(jī)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(diǎn)。

3）塔架式抽油機(jī)不僅可以提高機(jī)采井系統(tǒng)效率，實(shí)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(jī)安全性能，減少工作量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低油田的綜合成本。

［1］于得水，塔架式數(shù)控抽油機(jī)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)［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(xué)（石油工程專業(yè)），從事采油工程新技術(shù)研究、機(jī)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(zé)任公司第七采油廠工程技術(shù)大隊(duì)，163517。