縮短抽油機井調平衡時間

中原油田分公司采油四廠 設備管理QC小組

（河南 濮陽 457176）

縮短抽油機井調平衡時間

中原油田分公司采油四廠 設備管理QC小組

（河南 濮陽 457176）

小組概況

表1、表2分別為小組概況和小組成員表。

選題理由

抽油機運轉過程中，以支架上的中軸承為支點，游梁前端的驢頭、光桿及井筒載荷應與游梁后端的橫梁、連桿、曲柄、平衡塊載荷基本平衡，如果嚴重失衡，會造成抽油機井地面效率低下，設備故障增多。平衡度以一個沖次內光桿下行時電動機最大電流與上行時電動機最大電流的百分比來表示。在抽油機“五率”（平衡、對中、緊固、潤滑、水平）管理中，平衡度是納入中國石油化工股份有限公司、中原油田分公司“五項勞動競賽考核標準”的唯一一項指標。

SY/T 6275-2007《油田生產系統節能監測規范》規定，游梁式抽油機運行中，平衡度應保持在80%～110%之間。超出范圍，應調整平衡塊在曲柄上的位置以滿足規范要求。

我廠有500口油井，其中480口采用CYJY14-4.8-73HF型抽油機抽汲生產，每年調平衡約400井次，每井次約需75min，工作量大、勞動強度高、安全性差、耗時長。2008年7～12月，因為調平衡停井時間長，造成1次鹽卡，1次砂卡，導致2口井作業上修，影響原油產量31t，增加作業費用239 000元，給生產管理帶來很大損失。為此，我們選擇《縮短抽油機井調平衡時間》做為活動課題。

表1 小組概況

表2 小組成員情況

現狀調查

1 抽油機曲柄平衡塊結構調查

曲柄上、下平面有縱向貫通的T形槽，平面外沿有1.8m長的齒條，平衡塊通過前、后螺栓固定在T形槽內，中間有1條保險鎖塊螺栓，將其鎖死在齒條上防止滑脫。

2 調平衡相關標準

油田企業標準Q/SH1025 0501-2007《游梁式抽油機調（曲柄）平衡操作規程》規定，抽油機調平衡時應將曲柄停在水平位置，按以下工序進行（圖1），操作時應有2人以上。但標準中對調平衡所用時間沒有做出規定。

3 調平衡耗時測試

2009年1月10日～20日，小組成員到現場對抽油機井調平衡耗時情況進行了跟蹤測試，調平衡平均耗時75min，最長耗時87min，最短耗時61min。

對抽油機調平衡各工序平均耗時進行了統計，從統計情況可以看出，“移動平衡塊到預定位置耗時長”是主要問題。

目標設定

小組了解到油田其他采油廠調平衡耗時情況，均在70～90min之間，我廠調平衡耗時處于油田平均水平。現場調查過程中我廠調平衡最短耗時為61min/次，小組以此為依據，確定目標值為60min/次。

原因分析

針對“移動平衡塊到預定位置耗時長”這個主要問題，小組成員進行了原因分析，繪制了關聯圖（圖2）。

確定主要原因

為確定主要原因，小組針對分析出的四個末端因素逐一進行了驗證。

1 驗證1：平衡塊重量大

抽油機平衡塊重量為1 600kg,重量G約為16 000N，查《機械設計手冊》得知摩擦系數f為0.4，平衡塊與曲柄之間的摩擦力F1為：

平衡塊與曲柄間用2個螺栓固定（z），連接可靠性系數Kn為1.3，兩者間摩擦面數量m為1，其連接預緊力F應達到：

平衡塊與曲柄間的固定螺栓直徑d為0.036m，扭緊力矩系數K為0.28，連接預緊力F應達到26 000N，螺栓扭緊力矩T必須達到：

從以上計算可以看出，平衡塊重量與摩擦力、連接預緊力、螺栓扭緊力矩成正比。平衡塊重量越大，摩擦力、連接預緊力與螺栓扭緊力矩越大，撬動平衡塊和拆、裝螺栓越困難，耗時越長，但平衡塊重量是根據油井井筒負荷確定的，小組不可控。確定為非要因。

2 驗證2：安全帶無法高掛低用

移動平衡塊時，操作者只能站在減速箱平臺、減速箱與曲柄上平面或騎跨在支架拉筋上進行操作，距離地面在4m左右（作業面距離地面超過2m屬于高空作業），根據安全規定，操作者必須系安全帶，高掛低用。但作業面上方只有橫梁和連桿，橫梁高于曲柄3.8m，超過了安全帶不得大于3m的極限長度，不適于掛安全帶，連桿為直徑101mm的垂直光滑圓管，無法掛安全帶。實際操作中，工人只能將安全帶掛到曲柄銷子處（連桿與曲柄連接處），做不到高掛低用，得不到有效保護，由于存在安全顧慮，勢必會影響工作速度。確定為要因。

3 驗證3：沒有合適的站立位置

小組成員在72-497井現場觀測了調平衡過程。調平衡需要3人配合操作，拆、裝螺栓時，1人站在18cm寬的曲柄上調整扳手角度，需數次彎腰或蹲下，動作遲緩；1人站在減速箱平臺上，一腳蹬跨在曲柄上，手持榔頭錘擊扳手，所站位置距離平衡塊前固定螺栓1m，高1.4m，不便發力；1人在地面指揮協調，進行安全監護。小組測試裝、卸6條螺栓共耗時45min。

為了進一步驗證，小組又到抽油機安裝隊，把減速箱放到場地上，固定螺栓距地面高1m，站位不受限制，拆、裝螺栓過程只需1人操作，耗時僅9min。對比測試結果，確定為要因。

4 驗證4：撬杠阻力臂短

小組成員在現場觀察到，移動平衡塊時，1人用撬杠頂端做支點向前發力，推撬平衡塊，1人推動平衡塊輔助發力，以減小摩擦阻力。撬杠屬于省力杠桿，阻力臂越短，越省力，但撬動距離越短。平衡塊摩擦阻力F1為6 400N，阻力臂長L1為0.1m，動力臂L2為1.3m，需要施加的推力F2為：

根據 F=mg換算，m=492N÷9.8N/kg=50kg

撬平衡塊時，站在寬18cm，距離地面4m高的曲柄上面，朝前推出50kg的力，是要相當費力和小心的。每撬動一次，平衡塊沿著曲柄齒條移動一個齒的距離，耗時近1min。要將平衡塊調整到合適位置，需要多次撬動。小組觀察72-497井調整2個平衡塊，各移動15個齒，耗時32min。因此，確定為要因。

制定對策

表3為對策表。

表3 對策表

實施對策

1 實施1：設計制作調平衡操作臺

為了使工人調平衡時方便站立，小組設計制作了一個滑籃裝置，裝置主要由前懸臂、后懸臂、滑籃與兩根滑桿組成。

2009年4月10日，小組帶著滑籃裝置到低產間開井文82-3井現場試用，將前懸臂用螺栓固定在曲柄前端的工藝孔中，后懸臂T形塊嵌入曲柄上平面T形槽內，兩根滑桿與前、后懸臂下的吊環連接固定。地面協調人員拉動滑籃下的繩子，滑籃可沿滑桿滑動。

試驗過程中發現滑籃只能到達前懸臂處，距離曲柄前端還有35cm，拆、裝平衡塊前固定螺栓時仍然需要1人騎跨在支架拉筋上配合操作（圖3）。而且需要地面配合人員牽引繩索移動滑籃，操作起來不能盡隨人意。

（1）改進1：將滑籃裝置改成平臺結構

小組討論將滑籃改為帶前護欄的踏板與兩根欄桿組成，后懸臂改制成矩形結構，兼做后護欄。前、后懸臂與曲柄連接方法不變，使用時將踏板搭在前、后懸臂間，欄桿插接在前護欄與后懸臂上。

2009年4月15日，小組帶著平臺裝置再次到文82-3井進行了試用，踏板超出前懸臂40cm，踏板到平衡塊固定螺栓的高度為1m，便于操作者用力，1人即可完成平衡塊前、后固定螺栓和安全鎖塊螺栓的拆、裝工作，裝置初見成效。

（2）改進2：進一步優化完善平臺結構

一是將欄桿的一端由“┓”形改成“┫”形，搭建平臺時，地面人員可用欄桿做為傳遞工具，將懸臂、踏板等物舉高，便于抽油機上搭建平臺人員夠取。將欄桿數量由2根增加為4根，間距從0.5m縮至0.25m，使用更安全。二是將前懸臂固定螺帽做成搖把型，省去了扳手操作，徒手即可快速完成平臺的搭建。三是將平臺所有活動插接部位刷上醒目的紅漆，提醒工人安裝使用時確認安全牢固，并在護欄上部并排加裝直徑33 mm圓管段，便于插放榔頭等工具。四是在踏板下平面四角分別焊接定位樁，防止踏板在前、后懸臂間左右竄動；在后懸壁上焊一定位插銷，控制踏板上下起伏；在前懸臂上焊一搖把形定位螺栓，控制踏板前后竄動。

進一步優化后，將平臺裝置各零件組裝（圖4）。

2009年4月29日，文123-9井抽油機調平衡，小組將優化后的平臺裝置進行了試用（圖5），工人在平臺裝置上裝、卸平衡塊固定螺栓時，站位便于操作、安全可靠，對策目標實現。

2 實施2：設計制作連桿卡子

針對抽油機調平衡時安全帶無法高掛低用，小組設計制作了連桿卡子（圖6），卡子螺栓為搖把型，可快速裝卸。

使用時，將卡子固定在連桿合適高度，把安全帶掛鉤掛在卡子固定螺栓上，安全帶高掛低用（圖7）。

我們對卡子的安全性進行了分析驗證：

卡子螺栓材質為45號鋼，查《機械設計手冊》得知，強度極限[σ]為600MPa，危險截面在螺栓正中位置，距離卡子耳板的長度L為15mm，螺栓直徑d為12mm，截面為圓形，其抗彎截面模量W為0.098 2d3，螺栓可承受純彎曲應力P為（即人墜落時的重量 N）：

根據 G=mg換算，m=6787N÷9.8N/kg=693kg

由計算可知，螺栓能承受的最大墜落質量為693kg，約等于正常人體重70kg的10倍 （安全系數），遠大于《機械設計手冊》中要求的3倍安全系數，在卡子上掛安全帶是安全的。實現了安全帶高掛低用，對策目標實現。

3 實施3：研制齒輪裝置

根據可旋轉式杠桿“輪軸”原理，小組決定設計一個與曲柄齒條配套的齒輪裝置，代替簡單杠桿“撬杠”移動平衡塊，齒輪半徑為阻力臂,施力點到齒輪軸心的長度為動力臂。

小組設計制作了與曲柄齒條配套的齒輪裝置，裝置由齒輪、加力桿兩部分組成（圖8）。齒輪有三個臺階，第一個臺階與平衡塊的保險鎖塊螺栓孔連接；中間部分為10個直齒，齒輪半徑50mm，與曲柄的齒條咬合；最外面一個臺階徑向打有Φ 27mm的圓孔，與加力桿配合。加力桿為直徑25.4mm的“┫”形圓桿，長1 300mm（軸半徑），與50mm齒輪半徑形成了1∶26的桿杠機構。

使用齒輪裝置時，下壓加力桿（圖9）克服平衡塊摩擦阻力6 400N，下壓的力F為：

根據 F=mg換算，m=246N÷9.8N/kg=25kg

只要在加力桿上施加246N（相當于25kg）向下的壓力（可借助操作者自身的體重，比使用撬杠朝前推更容易），齒輪沿曲柄的齒條滾動，即可帶動平衡塊連續移動，移動平衡塊15個齒的距離只需1kg時間，對策目標實現。

調平衡操作平臺、連桿卡子、齒輪裝置研制成功后，試用了10井次，效果很好。小組將成果向裝備科和主管廠領導做了匯報，得到了肯定。2009年5月27日，在文123-2井組織召開了現場推廣會，調平衡全過程耗時僅35kg，其中搭建、拆卸平臺耗時10kg，2人即可輕松完成。確定該成果在全廠推廣應用。

效果檢查

1 目標檢查

2009年12月12日，小組到各個油藏經營管理區進行了回訪，各單位應用該成果調抽油機平衡225井次，應用效果穩定，反映很好。隨后，我們又對各單位現場調平衡耗時情況進行了跟蹤測試，并對抽油機調平衡各工序平均耗時進行了統計。從調查可以看出，小組活動后，“移動平衡塊到預定位置”耗時長的問題得到明顯改善，抽油機調平衡時間由75kg/次降到了34kg/次，小組活動目標實現。

2 經濟效益

（1）活動中，制作操作平臺、連桿卡子、齒輪裝置各6套，分別支出5 400元、300元、900元，合計6 600元，使用壽命按5年計算，使用7個月實際折舊6 600÷5÷12×7=770（元）。

（2）對策實施后，2009 年 6～12 月與 2008 年 6～12月相比，抽油機調平衡減少1人操作，人力成本支出節約42 184元。

（3）我廠單井平均日產4t/d，該成果應用235井次，單井減少停井時間41kg，每天1 440kg，原油價格按 4 000 元/t計算，增油創效 4 000×4×235×41÷1 440=107 056（元）。

（4）對策實施后，與上年同期相比，減少井卡上修2次，減少作業費用239 000元，減少原油損失31t，創效 4 000×31=124 000（元）

合計創效：124 000+239 000+107 056+42 184-770=511 470（元）。

3 社會效益

通過本次活動，削減了抽油機調平衡操作風險，降低了工人勞動強度，提高了工作效率和抽油機現場管理水平，促進了機采系統效率提高。2009年5月31日，《中原石油報》刊登了小組活動成功的好消息；2010年3月7日，在集團公司設備大檢查中，該成果得到了集團公司領導、江漢、南陽等兄弟油田專家的肯定，并被編入了中原油田裝備管理經驗交流材料，進一步推廣應用。

制定鞏固措施

（1）整理技術圖紙和資料，裝訂成冊，編號為PH2009-12，留裝備科存檔保管，便于日后工作中使用。

（2）制定詳細的《抽油機調平衡裝置使用規定》，由裝備科組織各油藏經營管理區維修人員學習操作方法，在生產現場貫徹執行。

（3）將該成果命名為“抽油機調平衡安全防護裝置”，申請了國家實用新型專利，目前正在審批中。

總結和下一步打算

本次活動縮短了抽油機調平衡時間，創造了較好的經濟效益和社會效益，受到了廠領導的表揚，得到了基層單位干部職工的一致好評，增強了小組集體榮譽感和凝聚力，提高了小組成員專業技能和解決問題能力，下一步我們打算把《提高電動機安裝一次成功率》作為活動課題。

??簫鈴

2010-07-08