抽油機井窄V 盤根松緊度與能耗關系的試驗研究

姜驄（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

礦場實踐表明，盤根松緊度對抽油機井耗電量有影響。盤根過松會導致井口漏油，盤根過緊會引起電流上升、耗電量增加，目前在這方面還沒有開展定量化研究，因此開展盤根盒松緊度定量研究工作，使盤根松緊度控制在合理區間，對降低抽油機井能量損耗具有十分重要的意義。

2014年4月，選擇第二油礦十一區二隊作為抽油機井盤根松緊度節能管理試驗區，試驗應用了盤根扭矩扳手，全隊共有抽油機井184 口，開井160口，采用窄V 型盤根。

1 窄V 盤根

1.1 結構及性能特點

窄V 盤根橫斷面結構見圖1。

圖1 窄V 盤根橫斷面結構示意圖

窄V 盤根橫截面近似等腰梯形，包布層、壓縮層、纖維層、緩沖層、強力層、伸張層和聯結層共7層結構，具有以下優越的特性[1]。

1）具有一定的彈縮性。當盤根受壓蓋壓緊時能產生足夠的徑向變形從而對光桿及盤根盒表面可以施加所需要的正壓力，達到密封的目的。

2）具有潤滑性。與相對運動的光桿接觸的包布層的浸油性非常好，能夠很好地潤滑運動接觸面；與光桿接觸的梯形短邊會形成一個狹窄的具有一定滲透性的儲油通道，源源不斷地向包布層提供潤滑劑（產液中的原油），保證整個密封段潤滑良好。

3）具有耐磨性。由于采用耐磨包布層等多層結構，且潤滑效果良好，減少了摩擦系數和摩擦力，保證了盤根的耐磨性和使用壽命。

4）對油井產出液具有適應性。使盤根在使用過程中耐腐蝕、不溶漲，利于密封。

1.2 節能原理

抽油機井隨著盤根上緊度的增加，正壓力增加，且接觸面潤滑效應變差，摩擦系數增加，因而光桿與盤根之間的摩擦力增加，抽油機井的最大懸點載荷、最小懸點載荷以及交變載荷都會相應增加，根據抽油機平衡原理，無論上沖程、下沖程，電動機都要多輸出能量，即能耗增加。反之，抽油機井隨著盤根松緊度的降低，電動機要少輸出能量，有功功率會相應下降，達到節能目的，節能量的大小與盤根松緊度下降幅度密切相關。

2 窄V 盤根扭矩扳手的改進

原來的盤根扭矩扳手，由扭力計和轉換頭組成，由于扭力桿尺寸較長，不便于攜帶使用和隨時對松緊度進行檢查，制約了該工具的推廣，為此需要進行改進。

不足之處是給加盤根帶來一定的不便。

將原來的盤根扭矩扳手縮小尺寸（圖2），并作防盜連接處理后，焊接到盤根盒壓蓋上，這樣單井就能夠實現“在線”測量，方便盤根松緊度日常檢查調整和隨機抽查，同時對加盤根的影響也會減小。

圖2 扳手改進前后對比

3 盤根松緊度節能規律研究

3.1 盤根上緊扭矩隨扳手旋轉角度變化

采用角度盤研究新舊盤根上緊扭矩隨扳手旋轉角度的變化規律。以盤根松緊度40 Nm 為起點，每旋轉π/2，記錄一次扭矩值，直到200 Nm，分別繪制曲線，見圖3。

圖3 扭矩值與旋轉角度變化曲線

從曲線可以看出，隨著旋轉角度的增大，盤根扭矩也隨之上升，新盤根上升速度比舊盤根快。

3.2 懸點載荷隨上緊扭矩的變化

將盤根松緊度由40 Nm 調整到200 Nm，每10 Nm一個點，通過測量示功圖得到各點的懸點載荷值，每個點測5 個示功圖，取中間3 個值的平均值作為該點的懸點載荷值，以盤根松緊度為橫坐標，以懸點載荷為縱坐標繪制曲線，見圖4。

圖4 載荷與扭矩變化曲線

從圖4 可以看出，隨著盤根松緊度的增加，最大載荷上升，最小載荷下降導致電動機額外做功，能耗也隨之增加。

鬼子的轟炸機帶著一股股旋風，從頭頂上飛過。緊接著，陣地上響起一陣接一陣地動山搖的爆炸聲。十幾架飛機在陣地上盤旋飛舞，不停地往下丟炸彈。兩個機槍手看到鬼子的飛機耀武揚威的樣子，忍不住爬出防空洞，抱起機槍朝天上的飛機一頓狂射。

3.3 日耗電量隨上緊扭矩的變化規律

將盤根松緊度由40 Nm 調整到200 Nm，每10 Nm一個點，通過系統效率測試儀測量各點的有功功率，每個點測5 個的有功功率值，取中間3 個值的平均值作為該點的的有功功率，然后折算出日耗電量。以盤根松緊度為橫坐標，以日耗電量為縱坐標繪制曲線，見圖5。

圖5 耗電量與扭矩變化曲線

從圖5 看出，隨著扭矩增加，日耗電量增加，端點差值達到20.5 kWh。

3.4 盤根松緊度自然遞減規律

盤根上緊后，其扭矩值隨時間自然遞減。選擇機型、產液量、沖速不同的2 口井，研究盤根松緊度的自然遞減規律，并確定合理的松緊度控制范圍，試驗井基礎數據見表1。

3.4.1 X11-5-SB4022 井自然遞減規律

將盤根緊至200 Nm 后，每2 h 錄取一次扭矩值，待下降趨勢穩定后延長錄取周期，直至盤根出現微漏為止。根據所記錄數據繪制扭矩隨時間自然遞減曲線和有功功率隨時間自然遞減曲線，見圖6、圖7。

表1 盤根節能試驗井基礎數據

圖6 扭矩隨時間自然遞減曲線

從圖6 可以看出，當盤根緊至200 Nm 時最初的24 h 內扭矩遞減速度最快，24 h 后就已經遞減至110 Nm，隨后盤根扭矩隨時間遞減變緩，第5 天降至60 Nm，第10 天降至40 Nm。

圖7 有功功率隨時間自然遞減曲線

統計以往松緊度維護上限值一般在110 Nm 左右，根據經驗規定合理上限值為60 Nm，下限值為40 Nm[2]，這樣該井原維護周期9 天，現維護周期5 天。

用積分法計算電量，原平均日耗電109.79 kWh，現平均日耗電106.93 kWh，日節電2.86 kWh，節電率2.60%。

3.4.2 X12-1-B287 井自然遞減規律

同X11-5-SB4022 井一樣，根據所記錄數據繪制扭矩隨時間自然遞減曲線和有功功率隨時間自然遞減曲線，見圖8、圖9。

圖8 扭矩隨時間自然遞減曲線

該井原維護周期9 天，現維護周期5 天。用積分法計算電量，原平均日耗電74.28 kWh，現平均日耗電71.67 kWh，日節電2.61 kWh，節電率3.52%。

圖9 有功功率隨時間自然遞減曲線

通過對上述2 口井盤根松緊度的自然遞減規律的研究，試驗井平均單井日節電2.74 kWh，節電率2.97%，平均單井年節電904.2 kWh，創節電效益569.65 元。

4 結論

1）改進后的扭矩扳手可以安裝在井口盤根盒上，方便了攜帶及避免了盤根松緊度的定量維護和現場檢查，可以推廣應用，為實現盤根松緊度管理節能創造了條件。

2）隨著盤根上緊度扭矩值的增加，最大懸點載荷上升，最小懸點載荷下降，能耗增加；反之，能耗降低。

3）盤根扭矩維護界限值為40～60 Nm，維護周期為4～5 天。

4）采用積分法計算節電量比簡單對比法更準確，節電率為2%左右。

[1]杜永彬.抽油機聯組齒形窄V 帶設計研究[D].東營:中國石油大學(華東):崔學政,2011.

[2]李陽.抽油機井皮帶和盤根松緊度與能耗影響關系[J].石油石化節能,2010（6）:17-18.