劉 濤，徐古林，汪耘舟，劉渭乾

（1.長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006；2.寶雞石油機械有限責任公司，陜西寶雞 721002）

0 引言

采油三廠共有抽油機7484 臺，其中立式抽油機7 臺，數(shù)字化抽油機3448 臺，常規(guī)抽油機4029 臺。采油三廠2018 年11 月在紅井子作業(yè)區(qū)池187-1 擴井組安裝4 臺寶雞石油機械有限責任公司生產(chǎn)的10 型智能吊重平衡游梁式抽油機，分別于12月投產(chǎn)。

1 主要技術(shù)特點

本機由底座、支架、托架、前置式游梁、橫梁、驢頭、吊滑輪組機構(gòu)、曲柄連桿驅(qū)動機構(gòu)及動力裝置、剎車裝置等零部件組成。游梁以鉸鏈支座固定在支架上，可上下往復(fù)擺動。平衡吊坨的鋼絲繩一端固定在托架上，經(jīng)一組滑輪對游梁前端總是施加一與負載力矩反向的平衡力矩。曲柄輪安裝在減速機輸出軸上，連桿（一組）下端與曲柄輪用曲柄銷裝置聯(lián)接，上端與橫梁以軸承鉸鏈方式聯(lián)接。

1.1 前驅(qū)動式吊重平衡抽油機設(shè)計改進

（1）將杠桿式游梁改為前置式游梁。在沖程相同時，前置式游梁擺角小，使得負載變化率小，機構(gòu)運轉(zhuǎn)相對平穩(wěn)，毛辮子繩對中性好，從而提高抽油泵的使用壽命，同時改善了驢頭受力狀況和整機運行安全性。

（2）將曲柄平衡改為吊重平衡。①解除了原機構(gòu)減速機的沉重負載，使整體驅(qū)動機件受力小，壽命長，大幅提高了關(guān)鍵部件減速機的使用壽命，節(jié)約了維護費用；②起動慣量極小，配套電機容量大幅度下降，節(jié)約動力。同時可以做到隨啟隨停，為檢修維護和應(yīng)急停機奠定良好的基礎(chǔ)；③可實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整平衡狀態(tài)，調(diào)整速度快、精度高，有效提高節(jié)能效果。

（3）吊重平衡中采用滑輪組增力方案。通過滑輪組機構(gòu)設(shè)計，以較少的吊砣產(chǎn)生成倍的吊重平衡力矩，從而減少配重，節(jié)約材料，同時減輕吊重鋼絲橡膠帶的負荷，延長其使用壽命。

（4）吊重平衡中采用強力鋼絲繩芯橡膠帶方案。這是一項關(guān)鍵技術(shù)，通過使用多根強力鋼絲繩作為帶芯，大幅度提高鋼絲繩彎曲疲勞強度。同時外包耐候性優(yōu)良的橡膠，具有免維護功能，進而制成性能可靠的橡膠帶。

（5）采用智能控制和遠程監(jiān)控結(jié)合。通過智能控制模塊實時監(jiān)測抽油機運行情況，分析8 種傳感器數(shù)據(jù)，將懸點載荷、驢頭角位移、游梁扭矩等運行參數(shù)收集并傳輸?shù)街悄芸刂颇K，自動調(diào)節(jié)沖次和電機運行參數(shù)，實現(xiàn)沖次和電機運行參數(shù)最優(yōu)，并且故障自停并上報故障碼，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可在遠端監(jiān)控中心、用戶客戶端和手機移動客戶端實時接收運行數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)遠程控制啟停、讀取故障碼、分析運行參數(shù)等功能。

1.2 節(jié)電技術(shù)特點

同等機型，比常規(guī)抽油機配套動力降低50%，比尾部移動平衡抽油機配套動力降低1/3。節(jié)電技術(shù)特點：①采用吊重平衡方式，合理利用下沖程時的重力功；②吊重力矩直接跟蹤平衡負載力矩，大幅降低驅(qū)動力；③停機時，機構(gòu)自動處于平衡位置，啟動慣量小；④可不停機調(diào)整平衡且調(diào)整精度高，大幅降低無功損耗；⑤采用智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)“油多快抽，油少慢抽”；⑥自動加載平衡系統(tǒng)主要由智能控制柜、地面水箱、水泵及換向系統(tǒng)、膠管和吊重水箱組成。通過測得抽油機運行中的平衡度，智能控制柜將周期性計算出吊重需要增加或減少的重量，并計算水泵及換向系統(tǒng)工作時長。需要增加吊重重量時，水泵從地面水箱將液體抽入吊重水箱，反之同理，進而實現(xiàn)對吊重重量線性調(diào)節(jié)。改造后的抽油機外觀如圖1 所示。

2 現(xiàn)場使用效果

選取同井況同機型抽油機進行節(jié)能測試，對比抽油機耗電量。2019 年12 月27 日對池187-1 擴井組3 口井進行節(jié)能監(jiān)測（報告編號JCPJ-025-2019），對比新疆10 型數(shù)字化抽油機監(jiān)測結(jié)果，2012 年11 月15 日對采油六廠池59-131 和采油三廠紅井子作業(yè)區(qū)坊72-122 井進行節(jié)能監(jiān)測（報告編號JN2012-033）。

2.1 裝機功率對比（表1）

通過裝機功率對比，吊重平衡游梁式抽油機電機功率較新疆10 型數(shù)字化抽油機電機功率降低26%，減速箱扭矩由37 kN·m 降低到18 kN·m。

2.2 耗電量對比

從報告上看：79-190 噸液百米耗電0.795 kW·h，72-122噸液百米耗電1.714 kW·h；按每日5 方計算，用79-190 的參數(shù)（密度0.987，動液面1286）；79-190 耗電：0.795×5×0.987×1286/100=50.45 kW·h；72-122 耗 電：1.714×5×0.987×1286/100=108.78 kW·h；年節(jié)電費=（108.78-50.45）×365×0.62=1.32 萬元。主要參數(shù)對比見表2，紅井子現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)見表3。

圖1 抽油機外觀圖

結(jié)合泵掛深度2200 m，對比坊79-190 和其他3 口游梁式抽油機的電費差分別為：13125 元，9278 元，22856 元。結(jié)合報告數(shù)據(jù)1.32 萬元，按照紅井子作業(yè)區(qū)5 m3/d 的平均日產(chǎn)，單臺對比節(jié)電量約為1.32 萬元。

2.3 系統(tǒng)效率對比

吊重平衡游梁式抽油機50 Hz 系統(tǒng)效率為39.32%，新疆10 型數(shù)字化抽油機50 Hz 系統(tǒng)效率為29.29%，系統(tǒng)效率提高10.03%。

2.4 對比常規(guī)機型技術(shù)優(yōu)勢

（1）根據(jù)整機平衡原理吊重可以根據(jù)實際負載進行大幅調(diào)節(jié)，結(jié)合自動平衡系統(tǒng)，能夠達到精確平衡。目前CYJW10-3-37HY（S2K）抽油機可實現(xiàn)平衡運轉(zhuǎn)范圍為80～100 kN，CYJ10-11-18 吊重有效預(yù)加載為0.482 t，可以實現(xiàn)30～100 kN 寬范圍平衡調(diào)節(jié)，吊重平衡游梁式抽油機可以大大改善因油井管柱配比、泵掛深度變化造成的低負載不平衡情況。

（2）結(jié)構(gòu)上繼承了游梁式抽油機曲柄連桿驅(qū)動機構(gòu)正弦運動曲線優(yōu)點，克服了游梁式抽油機曲柄平衡的缺點，實現(xiàn)了游梁式結(jié)構(gòu)與吊重平衡方式的有效結(jié)合。

（3）整機采用框架式結(jié)構(gòu)，通過主體支架和前后立柱作為主要受力部位，同時采用有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，增強了整機穩(wěn)定性。相比數(shù)字化無基礎(chǔ)抽油機和傳統(tǒng)曲柄平衡抽油機穩(wěn)定性大大提高，同時由于采用吊重平衡方式，運轉(zhuǎn)過程對整機的沖擊載荷較小。

（4）該新型抽油機可以通過配重塊實現(xiàn)粗調(diào)，平衡度可控制在85%以上。通過自動平衡系統(tǒng)，可實現(xiàn)一定范圍內(nèi)線性調(diào)節(jié)配重質(zhì)量，實現(xiàn)細調(diào)，平衡度控制在95%以上。

（5）該新型抽油機通過吊重與配重相互平衡，運轉(zhuǎn)中需要的驅(qū)動力大大減少，運動系統(tǒng)承受沖擊載荷較低，主體支架、減速器等部件負擔較輕。

（6）采用吊重平衡方式，回收利用了光桿下行時的全部重力功。光桿下行的重力功轉(zhuǎn)化為吊砣位能，上沖程時再釋放吊砣位能而抽油，也就必然減少動力做功而節(jié)能。同時連桿主要受到向下的拉力，且力矩較小，對連桿銷子組合部件影響較小，對比游梁平衡抽油機連桿銷子異響情況將大大減少。

（7）采用前置式游梁和直接平衡負載的方式，實現(xiàn)全程跟蹤平衡的效果。該機構(gòu)使平衡力矩與負載力矩為同一矩心，可根據(jù)實際抽油工況變化規(guī)律，設(shè)計平衡力矩隨抽油工況而變化，即上沖程時由大變小，利于抽油；下沖程時由小變大，利于光桿回落，實現(xiàn)了跟蹤平衡的效果，減少了電機作功。

（8）該機構(gòu)停機時，會自動處于平衡位置，啟動慣量小，電機啟動功率小，裝機功率低，大幅度減少了大功率配置動力的無功損耗。

表1 裝機功率數(shù)據(jù)對比

表2 主要參數(shù)對比

表3 紅井子現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

（9）該機有兩種調(diào)整吊重平衡的方式：①自動加減載荷和人員配合的調(diào)整方式。井況負載變化在600 kg 內(nèi)，可實現(xiàn)自動加減吊重載荷，實現(xiàn)智能自動平衡。載荷變化超過600 kg 時，需要人工配合調(diào)整吊重，在人工調(diào)整后，仍然在600 kg 載荷變化內(nèi)可實現(xiàn)自動平衡，平衡度可以調(diào)整到最好；②人工加減載平衡方式?？刹煌C完成加載調(diào)整平衡，調(diào)整精度較高，大幅度減少殘余不平衡量造成的無功機械損耗。

2.5 其他方面

①抽油機驢頭屬于側(cè)翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場不影響正常修井作業(yè)。②吊重通過導(dǎo)桿及導(dǎo)向輪控制，避免吊重對導(dǎo)桿的磨損；能夠降低風力對吊重以及整機的影響。

3 結(jié)束語

智能吊重平衡游梁式抽油機結(jié)合傳統(tǒng)游梁機和立式皮帶機的優(yōu)勢，通過皮帶與動滑輪系統(tǒng)，有效地實現(xiàn)了“動態(tài)跟蹤平衡”。采用變頻電機，實現(xiàn)柔性啟動與線性調(diào)速，裝機功率較低。配備智能控制柜，實現(xiàn)智能化自動控制，具有自適應(yīng)能力，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控、自動調(diào)節(jié)、故障預(yù)警等功能。

經(jīng)過超過500 d 的現(xiàn)場應(yīng)用，整機運行正常，通過將杠桿式游梁改為前置式游梁，曲柄平衡改為吊重平衡，采用滑輪組增力，強力鋼絲繩芯橡膠帶，智能控制和遠程監(jiān)控結(jié)合，整機采用框架結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。整機穩(wěn)定性強，適用負載范圍更寬。裝機功率較同機型游梁式抽油機降低26%，減速箱扭矩由37 kN·m 降低到18 kN·m。下一步建議優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)，增加安裝、移機、維修的便利性，向免維護方向發(fā)展，同時不建議采用大減速比減速箱。