智能提撈式抽油機結構改進與技術創新

張建新，謝勁松，張超楠，孫祥，宋聚峰

（長春理工大學，長春 130022）

0 引言

智能提撈式抽油機與傳統抽油機最大的區別在于以連續柔性抽油桿代替剛性抽油桿，以大沖程代替小沖程。解決了傳統抽油機供液不足情況下"干抽"的問題，大大減少了能耗，提高了效率，但是仍然存在諸多問題。本文對已有的智能提撈式抽油機進行優化，改善結構，實現了技術創新。

1 改進前智能提撈抽油機

1.1 改進前智能提撈抽油機結構及工作原理

圖1 改進前智能抽油機結構示意圖

如圖1 所示，柔性抽油桿連接抽子，抽子下部配有加重桿，通過控制系統，利用電機正轉與反轉來上提和下放柔性抽油桿。正常生產時，抽子在自重和配重作用下，下行到井口以下設定深度并保持靜止，根據設定的間抽時間，控制器啟動，電機正轉帶動抽子上行，控制顯示器上顯示當前抽子深度、電機運行電流、上行速度以及抽子載重，當抽子上行到井口的設定停止深度時電機停止，控制器啟動下行程序，電機反轉，抽子下行直到設定的靜止深度，完成一次撈油過程。

1.2 存在的問題

1）柔性抽油桿內部是7 股冷拉普通鋼絲外部包裹一層橡膠，在井下壓力的作用下，有水沿著鋼絲滲出井口，且此種抽油桿比較脆，在冬天容易脆裂折斷。

2）排繩小車、排繩支架、傳動機構組成的純機械排繩裝置，使柔性抽油桿因排繩紊亂造成擠壓變形。

3）上行時正常，下行靠重力，重力加速度使電動機反轉，滾筒制動點剎不能使滾筒立刻停止，制動不及時，下行速度很難控制，運行很不平穩，設備振動沖擊較大。

2 改進后的智能提撈式抽油機

2.1 改進后智能提撈式抽油機機構

對已有智能提撈式抽油機進行結構創新，由地上智能主機部分和地下抽油部分組成。智能主機部分主要包括電控箱、電動機、擺線針輪減速機、制動器、鏈傳動機構、里巴斯滾筒、自動排繩機構、設備支架、井架、滑輪等；地下部分主要包括連續柔性抽油桿、加重桿、壓力傳感器、柱塞、油管等。結構如圖2 所示。

2.2 工作原理

圖2 改進后智能提撈式抽油機結構示意圖

柔性抽油桿一頭連著滾筒，一頭連著柱塞，以油井管柱為抽油泵筒，通過滾筒的正反轉帶動柱塞上下運動，完成抽汲。

柱塞向上運動時，電機正轉，滾筒將柔性抽油桿纏繞在卷筒上，帶動柱塞上行。柱塞膠筒下滑至柱塞桿底部，封死柱塞以上液柱，壓縮柱塞以上的液柱和氣體，當壓力達到一定值，集油管線單向閥開啟，液體經集油管線進入泵站。當柱塞運行至上死點時控制系統感應到信號，制動器制動，設備停止，等待下放信號。

柱塞向下運動時，電機反轉，制動器開啟，在加重桿、抽油桿作用下滾筒反轉。柱塞膠筒滑至柱塞桿頂部，柱塞打開，液體沿著柱塞桿柱上的凹槽注入柱塞以上。當柱塞運行至下死點時，制動器制動，根據壓力傳感器反饋的信號決定是否上行，若液柱高度沒達到設定值則停機等待液面恢復后自動開機上行。

2.3 結構改進與創新介紹

1）連續柔性抽油桿創新。經過長時間的改進實驗，研制出的能上傳井下壓力等通訊信號的柔性抽油桿，鍍鋅處理，單根鋼絲的抗拉強度達到1 280 MPa，每根鋼絲緊密排列采用塑性壓塑技術進行整體灌注，填滿鋼絲之間的縫隙，同時外護套采用鋼絲編網的形式。此鋼纜不僅解決了原有抽油桿的問題，也增加了抗拉強度，使用壽命長。結構如圖3 所示。

其材料尺寸和基本性能如表1 所示。

圖3 柔性抽油桿的截面結構

表1 柔性抽油桿材料尺寸和基本性能

由于材料的特殊性，無法對其抗拉強度進行理論計算，在實驗室里用拉力機進行多次拉伸試驗，迫斷力最小為98.329 kN。

2）排繩機構的創新。自動排繩機構采用滾筒、滾珠花鍵軸、直線電機結合的結構，直線電機推動滾筒沿軸向做往復直線運動，抽油桿每纏繞1 圈，直線電機移動1 個抽油桿直徑的距離，對于不同直徑的抽油桿，直線電機移動的速度不同。具體計算公式為

式中：V 為直線電機速度，m/s；d 為柔性抽油桿外徑，mm；ω 為里巴斯滾筒的角速度，rad/s。

滾珠花鍵軸以滾動代替滑動，減少了主軸與滾筒的摩擦力，降低了直線低級的輸出功率，有節能降耗的效果。自動排繩機構省去了附加的排繩小車、排繩支架、傳動機構組，使結構更加緊湊，排繩整齊，減少了因排繩紊亂造成抽油桿的擠壓變形。

3）制動器創新。擺線針輪減速機扭矩計算公式為：

式中，M 為減速機轉矩，P 為電機功率，i 為減速比，n 為電機功率輸入轉速。

在減速器輸出端安裝電磁抱閘制動，電磁抱閘是靠閘瓦的摩擦片制動閘輪。電磁離合器是利用動、靜摩擦片之間足夠大的摩擦力使電動機斷電后立即制動。其制動力矩計算公式為

式中，M高速軸為高速軸轉矩，M低速軸為低速軸轉矩，i傳動比為傳動比。

由此可知，電磁抱閘制動器很小的制動力矩即可實現制動，安全可靠，可有效解決剎車裝置復雜且機械振動大的問題。

3 結語

通過技術創新，智能提撈式抽油機的性能有了明顯的改進，提高系統工作效率的同時也達到了節能降耗的目的，為低產井降低成本提供了一條新途徑，有著廣泛的應用前景。但目前智能提撈式抽油機在我國仍處在發展階段，各項技術還不成熟，仍需要在抽子結構、膠筒材質、抽油桿連接、井口密封等方面加強攻關，力爭在各項技術方面有新的突破。

［1］王春華，祝立群，張永功，等.新型固定式撈油機［J］.油氣田地面工程，2007，26（2）：61.

［2］李偉.柔性連續抽油桿提撈式采油技術研究［D］.大慶：東北石油大學，2011.

［3］席明元.智能抽油機舉升技術應用［J］.內蒙古石油化工，2013（7）：103-104.