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        抽油機盤根耗能規(guī)律及調(diào)盤根優(yōu)化研究

        2018-08-31 06:41:06呂秋蕓
        關(guān)鍵詞:棘爪光桿盤根

        呂秋蕓

        中國石油大慶油田有限責任公司第五采油廠 (黑龍江 大慶 163513)

        到目前為止,某油田抽油機井達5 500口,年耗電超過3.0×108kW·h。通過優(yōu)化抽汲參數(shù)、調(diào)整抽油機平衡和應(yīng)用節(jié)能設(shè)備等技術(shù)措施實現(xiàn)節(jié)能,見到了一定效果。近幾年,新增能耗點大幅增多,耗電上升快速,而節(jié)能挖潛技術(shù)實施空間持續(xù)縮小,這給機采井節(jié)能工作帶來很大壓力[1-3]。因此,需要從細節(jié)著手,對能耗點實施精細管理,以期獲得更好的節(jié)電效果。 目前抽油機井井口采用盤根盒密封,盤根盒采用盤根填充壓緊,保證光桿上下沖程的密封。盤根太松則容易漏油;太緊,抽油機能耗升高[4-5]。在保證盤根不漏油的情況下,降低盤根與光桿間配合松緊程度,可實現(xiàn)一定節(jié)能效果。

        由取得的數(shù)據(jù)可知,隨盤根上緊,單井瞬時耗電量增大,終端點與始端點瞬時有功功率相比上升了20%。盤根上緊后,能耗上升較顯著。

        圖1 轉(zhuǎn)矩扳手現(xiàn)場安裝圖

        1 最佳盤根松緊度試驗

        1.1 盤根上緊試驗

        試驗中采用轉(zhuǎn)矩扳手對盤根上緊,扳手自帶刻度盤指示上緊度,扳手型狀如圖1。首先逆時針轉(zhuǎn)動扳手,放松盤根盒,直至盤根盒上部漏失,記錄此時扳手讀數(shù)為40 N·m左右;然后,順時針旋轉(zhuǎn)扳手上緊盤根盒,每旋轉(zhuǎn)1/4圈,記錄一次扭矩值,緊至扳手讀數(shù)200 N·m為止(此時,由于盤根與光桿配合很緊,導致光桿上下行阻力增大、發(fā)熱明顯并伴有“滋滋”響聲,不宜繼續(xù)上調(diào))。以扭矩為橫坐標,以有功功率為縱坐標繪制曲線,如圖2。

        圖2 盤根上緊過程中功率變化圖

        1.2 盤根自然松弛規(guī)律

        選擇3口高沖次(n=8次/min)抽油機井開展實驗。首先,使用轉(zhuǎn)矩扳手,將盤根扭矩上緊至200 Nm,試驗第1~2 d加密監(jiān)測數(shù)據(jù)。之后3~10 d每天錄取一次扭矩值。措施后,3口試驗井的扭矩及有功功率均隨時間延長而降低,呈現(xiàn)相似的變化趨勢,下面以A井為例(錄取所得數(shù)據(jù)見表1),分析規(guī)律。

        表1 盤根盒扭矩-功率隨時間變化表

        由表1繪制時間-功率變化圖,如圖3所示。

        圖3 時間與功率變化分區(qū)圖

        由圖3,根據(jù)有功功率隨時間變化,將整個區(qū)間劃分為速降區(qū)、緩降區(qū)和平穩(wěn)區(qū)。其中速降區(qū)位于0~48 h內(nèi),該區(qū)域內(nèi)功率隨時間降速很快,但其值仍較高;緩降區(qū)位于45~144 h內(nèi),功率降低幅度變緩,但仍處于較高水平;144 h后功率曲線進入平穩(wěn)區(qū),功率變化趨于平緩,耗電量達到最低。

        1.3 盤根上緊周期制定

        高沖次(n=8次/min)時,在平穩(wěn)區(qū)可以獲得最低的有功功率,且整個平穩(wěn)區(qū)持續(xù)時間較長(4 d)。盤根消耗主要受盤根和光桿間摩擦次數(shù)影響,每分鐘摩擦次數(shù)越多,盤根消耗越大,越容易變松。因此,低沖次井盤根變松時間要長于高沖次井,也就是說,當抽油機沖次n<8次/min時,盤根扭矩降至40 N·m所需時間必大于4 d。因此,4 d可作為抽油機沖次n≤8次/min時,現(xiàn)場操作人員對盤根維護周期。通過查詢表1,平穩(wěn)區(qū)對應(yīng)的盤根扭矩值為50.5~40 N·m。因此,將抽油機盤根額定上緊扭矩確定為50 N·m,調(diào)整周期定為4 d。

        2 調(diào)盤根配套技術(shù)——定扭矩盤根盒

        一般情況下,現(xiàn)場工人可使用移動式扭矩扳手調(diào)盤根。調(diào)盤根時,將扭矩扳手端部插頭與盤根扳桿上的固定六角頭配合,順時針轉(zhuǎn)動扳手即可上緊盤根。

        該方法雖然技術(shù)上可行,但在管理過程中,發(fā)現(xiàn)雖然配備了扭矩扳手,并要求工人現(xiàn)場按照50 N·m扭矩上緊盤根,但部分工人為了減輕每4 d就要調(diào)一次盤根的工作量,仍將盤根緊至150 N·m以上,這樣直至下次盤根流油(40 N·m左右),可間隔9 d再實施盤根調(diào)緊工作。這種問題直接造成了定扭矩調(diào)盤根無法有效實施,無法實現(xiàn)預(yù)期的節(jié)能效果。

        基于以上問題,設(shè)計了一種定扭矩盤根盒,這種盤根盒可實現(xiàn)在扭矩達到50 N·m以后,工人無法繼續(xù)上緊盤根,避免了以上問題的發(fā)生。

        抽油機井定扭矩值盤根盒在原有盤根盒基礎(chǔ)上進行了改進,在盤根壓帽處增加了棘輪棘爪式定扭矩機構(gòu),保留了原有盤根盒密封蓋、扳桿、大壓帽、偏心球頭和彈簧等組成部分(圖4)。該設(shè)計可通過旋緊和旋松調(diào)節(jié)螺母起到預(yù)設(shè)壓緊和放松彈簧的目的,以此改變棘輪棘爪定扭矩范圍,目前預(yù)設(shè)3個松緊檔位,分別為 50 N·m、60 N·m 和 70 N·m。

        實際中,在完成加盤根并對盤根壓帽旋緊時,通過扳桿、棘輪棘爪式定扭矩機構(gòu)帶動盤根壓帽一起向下旋轉(zhuǎn)上扣,隨扳桿順時針旋轉(zhuǎn)上扣,內(nèi)部壓帽逐漸壓緊盤根,扳桿和定扭矩機構(gòu)處的扭矩達到預(yù)設(shè)值(50 N·m)時,棘輪向外推動棘爪并壓縮彈簧,棘輪和棘爪間失去傳動作用,造成棘爪沿棘輪圓周方向空轉(zhuǎn),繼續(xù)旋轉(zhuǎn)扳桿,盤根也不再繼續(xù)上緊,達到定扭矩的目的。

        目前應(yīng)用定扭矩盤根盒135口井,年內(nèi)累計節(jié)電 9.72×104kW·h,電費按 0.637 1元/kW·h計算,年節(jié)省費用6.19萬元。定扭矩盤根盒是在原來盤根盒的設(shè)計基礎(chǔ)上改造而成,改造費用為155元/個,135口井總投資為2.09萬元。年內(nèi)投資回收比為1:2.96,投資回收期約為123 d。

        圖4 定扭矩盤根盒結(jié)構(gòu)圖

        3 結(jié)論

        1)抽油機井隨盤根上緊,能耗升高。在保證盤根不漏油的情況下,為實現(xiàn)節(jié)能效果,可適當降低上緊扭矩。

        2)盤根扭矩調(diào)至最緊后,隨盤根與光桿間配合變松,有功功率也隨之變化,先后經(jīng)歷速降區(qū)、緩降區(qū)和平穩(wěn)區(qū);其中平穩(wěn)區(qū)可以獲得最低的有功功率,持續(xù)大概4 d,對于沖次n≤8次/min抽油機井,盤根額定上緊扭矩可定為50 N·m。

        3)抽油機井定扭矩盤根盒的應(yīng)用方便了現(xiàn)場操作和對工人按規(guī)定調(diào)盤根的管理,較好地控制了抽油機井盤根這一節(jié)點的能耗,實現(xiàn)了節(jié)電。

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