文/韓冬堯

由于螺桿泵采油具有占地少、噪聲小、投資低等特點(diǎn)，特別對含氣量較大油井，適應(yīng)性好于常規(guī)抽油泵，在油田迅速推廣應(yīng)用。與常規(guī)抽油機(jī)舉升相似，螺桿泵舉升一般由地面和地下設(shè)備兩部分組成，地下設(shè)備主要由油管、抽油桿和螺桿泵等組成，地面驅(qū)動設(shè)備俗稱驅(qū)動頭（如圖1），主要由電機(jī)、皮帶、減速器構(gòu)成。

圖1 螺桿泵地面驅(qū)動

由于螺桿泵井停機(jī)后產(chǎn)生的馬達(dá)效應(yīng)，致使光桿反轉(zhuǎn)，帶動皮帶輪加速反向旋轉(zhuǎn)，容易誘發(fā)光桿飛出、防護(hù)罩被撞碎飛出、皮帶輪甩飛或甩碎飛出傷人等生產(chǎn)安全事故。圖2 展示了一口因光桿反轉(zhuǎn)失控致使皮帶輪飛出的事故現(xiàn)場。

圖2 皮帶輪甩飛現(xiàn)場

問題分析

針對失控問題，現(xiàn)場一般采用如圖3、圖4 所示的棘輪棘爪反轉(zhuǎn)控制技術(shù)對光桿進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制，棘輪通過制動轂與減速器固定，一般呈靜止?fàn)顟B(tài)。皮帶輪工作時，棘爪一起轉(zhuǎn)動并受離心力向外甩出，與棘輪脫開；皮帶輪靜止后，棘爪受彈簧拉力回到初始位置，與棘輪齒嚙合，制止反轉(zhuǎn)。

圖3 制動轂

圖4 棘輪棘爪配合

當(dāng)井口需要施工時，需要對反轉(zhuǎn)扭矩進(jìn)行釋放，此時需要緩慢放開制動轂上的制動螺栓，使制動轂的兩轂片緩慢張開，使棘輪緩慢旋轉(zhuǎn)，釋放扭力。如果制動轂放開幅度過大，棘輪快速旋轉(zhuǎn)，再次通過人工緊固螺栓較慢，及時使制動轂抱緊的動作很難實(shí)現(xiàn)，光桿反轉(zhuǎn)將失去控制，誘發(fā)安全事故。

解決方案

針對制動轂上的制動螺栓在失控時難上緊，及上緊時間較長容易發(fā)生安全事故的問題，對制動器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。如圖5，新裝置主要是由棘爪盤、棘輪盤總成和制動機(jī)構(gòu)由3 部分構(gòu)成。當(dāng)減速箱輸入軸呈正轉(zhuǎn)運(yùn)行時，在離心力作用下，棘爪克服扭簧彈力向外甩開與棘齒分開，當(dāng)減速箱輸入軸的大皮帶輪停轉(zhuǎn)時，在扭簧作用下，棘爪回彈被棘齒卡住，實(shí)現(xiàn)制動。

圖5 改進(jìn)制動器結(jié)構(gòu)

該工藝的突出特點(diǎn)是采用彈簧常閉式結(jié)構(gòu)（圖6），釋放時用杠桿頂彈簧拉桿的最下端，此時彈簧受到外力而收縮，上頂力通過拉板和連扳傳至制動瓦，使其向外張開，制動瓦不再抱緊棘輪盤，此時棘輪盤帶動其上的棘齒和卡在棘齒上的棘爪，緩慢反向旋轉(zhuǎn)，緩慢釋放。如果上頂力過大，釋放速度過快，可通過減小對彈簧拉桿的上頂力使制動瓦收緊，從而降低釋放速度。當(dāng)速度達(dá)到失控風(fēng)險出現(xiàn)時，可迅速抽離彈簧拉桿底部的杠桿，此時制動瓦在彈簧預(yù)緊力的作用下迅速收緊，制動瓦迅速恢復(fù)鎖緊狀態(tài)，從而防止了危險發(fā)生。

圖6 改進(jìn)制動器實(shí)物

現(xiàn)場推廣

截至目前，共推廣應(yīng)用該螺桿泵井口自鎖安全機(jī)構(gòu)90 套，主要在故障檢修、井口維護(hù)、機(jī)械部件檢查、作業(yè)等停機(jī)時發(fā)揮作用，對90 套設(shè)備累計(jì)停機(jī)次數(shù)進(jìn)行了調(diào)查，停機(jī)次數(shù)少的5 次，多的達(dá)13 次，90 口井年合計(jì)停機(jī)次數(shù)達(dá)738 次，單井平均年停機(jī)8.2 次，均能安全停機(jī)。其中，有320 次停機(jī)后實(shí)施了釋放反轉(zhuǎn)工作，用杠桿頂升彈簧拉桿壓縮彈簧施工順暢，抽離杠桿彈簧能迅速復(fù)位，制動瓦能立即卡緊棘輪盤，實(shí)現(xiàn)制動，過程中未發(fā)現(xiàn)任何一次失控問題，說明該工藝適應(yīng)性良好，滿足現(xiàn)場安全需要。

應(yīng)用的預(yù)緊型制動器，通過彈簧常閉式設(shè)計(jì)，利用彈簧預(yù)緊力實(shí)現(xiàn)了在發(fā)現(xiàn)棘輪盤轉(zhuǎn)速過快時，快速實(shí)現(xiàn)自動鎖緊功能，與原技術(shù)對比具有制動轂響應(yīng)速度快、工藝可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。降低了螺桿泵井施工風(fēng)險，現(xiàn)場安全得到保障。

為保障該設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，制定了檢查及維護(hù)制度：一是每半年檢查一次釋放反轉(zhuǎn)系統(tǒng)是否有松動部位，每年檢查一次棘輪、棘爪及扭簧是否有卡阻現(xiàn)象；二是根據(jù)使用頻次釋放反轉(zhuǎn)多的情況，隨時檢查剎車和磨擦片是否磨損嚴(yán)重情況，發(fā)現(xiàn)磨損嚴(yán)重的要及時更換；三是每年定期檢查保養(yǎng)一次，對整個防反轉(zhuǎn)裝置要進(jìn)行全面細(xì)致檢查，發(fā)現(xiàn)問題要及時維修或更換；四是雨雪天氣及冬天重啟驅(qū)動裝置時，在重新啟機(jī)前及時檢查棘爪及制動系統(tǒng)是否被凍住，如果存在凍住或卡死情況，需要及時處理保證運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。（本文作者單位系大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院）