塔架式抽油機舉升技術應用

韓　輝（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

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塔架式抽油機舉升技術應用

韓輝（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

針對普通游梁式抽油機傳動效率較低，能量損耗大，制約油井系統效率提高的問題，開展塔架式抽油機舉升技術試驗。采用塔架式結構，取消游梁式抽油機的傳動結構，并在智能變頻裝置控制下實現抽油桿的上下往復運動。結合其他采油廠應用情況，開展技術改進，增加了彈性聯軸器和2組動滑輪，并對鋼絲繩部分進行改進，提高塔架式抽油機節能效果和適用性。現場試驗5口井，與游梁式抽油機相比，塔架式抽油機的系統效率提高4.3%，平均單井日節電27.54 kWh，節能效果顯著，實現了節能降耗的目標。

塔架式抽油機游梁式抽油機動滑輪彈性聯軸器系統效率

游梁式抽油機作為使用最早、最普遍的抽油機，憑借其結構簡單、維修方便等優點，在機械采油設備數量上占據絕對優勢，同時在油田開發中發揮了重要作用；但由于游梁式抽油機采用四連桿結構，傳動節點多，傳動效率低，能量損失較大，制約機采井系統效率的提高，不適應當前油田節能降耗的發展趨勢［1］。

塔架式抽油機采用塔架式結構，取消了游梁式抽油機的四連桿傳動機構，通過智能變頻裝置改變永磁電動機旋轉方向，實現抽油桿的上下往復運動，是一種結構簡單、性能可靠、能耗較低的新型舉升設備，對降低油田開發成本具有重要意義。

1　工作原理

1.1結構原理

塔架式抽油機主要由基礎、塔架、永磁電動機、彈性聯軸器、減速箱、驅動輪和前后動滑輪、鋼絲繩、配重、移機裝置、彈性緩沖器、爬梯和護欄等部件組成，具體結構示意見圖1，現場實物見圖2、圖3。

該抽油機使用低速大轉矩永磁電動機作動力系統，電動機與減速箱通過彈性聯軸器連接，經減速箱減速后，能量由減速箱輸出端傳遞到驅動輪，驅動輪通過2組鋼絲繩下的動滑輪分別拉動抽油桿和配重做直線運動，通過控制系統改變電動機旋轉方向，實現抽油桿上下往復運動，完成抽油過程。

圖1　塔架式抽油機結構

圖2　塔架式抽油機現場實物

圖3　塔架式抽油機上平臺

1.2節能原理

結構節能：采用齒輪、動滑輪傳動代替傳統游梁式抽油機的四連桿機構傳動，結構簡單，機械效率高，同時降低電動機裝機功率。

平衡方式節能：采用天平平衡方式，通過精確調整配重，使配重質量和懸點載荷相近，有效降低抽汲過程中電動機的功率消耗。

電動機節能：永磁同步電動機功率因數高，效率高，無功功率小；啟動扭矩大，降低電動機裝機功率，減少電能浪費。

控制系統節能：根據塔架式抽油機的工作特點，設計軟啟動功能，消除啟動沖擊，降低裝機功率及變壓器容量；電動機在運行過程中，電壓隨井下載荷變化而變化，降低電動機的功率消耗。

2　技術特點

塔架式抽油機屬于“長沖程、低沖速”機電一體化抽油機，結合了現代數字控制技術和直線抽油方式，可解決常規游梁式抽油機能耗高、機械效率低、調參困難的問題，具有多方面的技術優點［2］。

2.1節能效果顯著

用齒輪、動滑輪傳動代替傳統的四連桿機構傳動，結構簡單，機械效率高；采用天平平衡方式，平衡精調超過95%，無功損耗大幅降低；采用變頻技術，電動機在運行過程中，電壓是隨井下載荷變化而變化，降低電動機的功率消耗，與普通游梁式抽油機相比，綜合節電率達33.47%。

2.2長沖程、低沖速，滿足低滲透油田需要

目前，在第七采油廠葡南區塊現場試驗WCYJT8-4-9.9Z型塔架式抽油機。該抽油機最大沖程為4 m，最小沖速可調至0.5 min-1以下，沖程、沖速均可無極調整，最大程度地滿足地層供液能力差井的生產要求，提高油井泵效，降低沖速，提高低產井系統效率，實現低產井連續生產，有效防止蠟卡、凍井等事故的發生。

通過控制上、下沖程頻率，可實現上沖程速度較快、下沖程速度較慢的生產方式，減少漏失量，增加泵的充滿程度，提高泵效。

抽油機上、下沖程均實現“慢—快—慢”的運動過程，換向時加速度小，減小光桿彎曲及彈性變形，長沖程、低沖速可減輕桿管偏磨，延長檢泵周期。

2.3生產維護工作量小，勞動強度低

塔架式抽油機保養點少，只有鋼絲繩、動滑輪等需定期潤滑；保養率低，一年2次；生產過程中沖程、沖速、防沖距的調整均可通過手持遙控器遠程操作完成，快速、方便、準確；平衡調整只需單人對配重進行操作即可完成；電動機與減速箱之間采用彈性聯軸器連接，無須更換皮帶。

2.4安全性能高，防洪性能好

采用電磁制動技術，當按“停止”按鈕或電路突然斷電時，制動系統的控制電路失磁，制動器動作，實現抽油機平穩可靠剎車；變頻系統自控程度高，對過載、失速具有完善保護功能，當抽油桿斷脫時系統能及時可靠停機。

電動機和控制箱位于塔架上平臺，能夠有效解決泄洪區油井洪水季生產問題，減少停井對原油產量的影響。

3　技術改進

塔架式抽油機在大慶油田其他采油廠應用以來，在提高低產井系統效率及敏感地區適用性上效果較好；但仍存在一些問題亟需解決，結合現場應用問題，對鋼絲繩、電動機與減速箱傳動部分進行了改進，并增加了動滑輪傳動機構。

3.1鋼絲繩

針對第十采油廠塔架式抽油機鋼絲繩使用壽命短、更換頻繁的問題，從鋼絲繩結構設計、受力等方面進行了改進，改進后的鋼絲繩已正常運行超過300 d，預期使用壽命大于3年，具體改進方法如下：

◇選用國家標準設計防旋轉鋼絲繩，提高鋼絲繩抗拉強度；

◇驅動輪、動滑輪直徑均大于鋼絲繩直徑的30倍，增加受力面積，如圖4所示；

◇與鋼絲繩接觸的部位均采用圓弧設計，將線接觸改為面接觸，增加受力面積，如圖5所示；

表1　試驗前后基礎數據對比

表2　試驗前后節能效果對比

圖4　動滑輪設計

圖6　彈性緩沖器

◇動滑輪采用MC尼龍，減少鋼絲繩的磨損；

◇拉抽油桿鋼絲繩與前橫梁采用彈性緩沖器過渡連接，減少鋼絲繩運動過程所受的慣性力，如圖6所示。

3.2電動機與減速箱傳動部分

針對目前在用塔架式抽油機電動機與減速箱皮帶進行傳動易發生打滑、損壞，導致更換頻繁影響生產時率的問題，設計彈性聯軸器，提高傳動效率及可靠性，現場實物見圖7。

3.3動滑輪傳動機構

針對目前在用塔架式抽油機卸載時無法單獨掛抽，需吊車配合的問題，設計動滑輪傳動機構，減少50%載荷，同時降低負載對電動機、減速箱轉矩的需求，提高適用性，現場實物見圖8。

圖7　彈性聯軸器

圖8　動滑輪傳動

4　現場試驗效果

從2014年8月14日開始，在葡南區塊5口井上進行了現場試驗，試驗后運行平穩，截至目前免修期已超過400 d。試驗井原為游梁式抽油機井，塔架式抽油機試驗近1年來運行平穩，從測試數據（表1）看節能效果明顯。安裝塔架式抽油機后，5口井平均單井有功功率為3.61 kW，下降1.16 kW；系統效率為15.7%，提高4.3百分點；平均單井日節電27.54 kW，5口井年累計節電5.026×104kWh，具有較好的節能效果（表2）。

5　結論與認識

1）塔架式抽油機通過改變抽油機的結構，采用天平平衡方式和動滑輪等結構，使抽油機本身的工作方式具有節能特性，同時使用永磁電動機，節能效果明顯。

2）現場試驗表明，塔架式抽油機與傳統抽油機相比具有結構簡單、操作方便、節能效果明顯的優點。

3）塔架式抽油機不僅可以提高機采井系統效率，實現節能降耗的目的，而且通過使用智能化變頻控制裝置提高抽油機安全性能，減少工作量，降低勞動強度，降低油田的綜合成本。

［1］于得水，塔架式數控抽油機應用效果評價［J］.石油石化節能，2014，4（4）：13-15.

［2］陳濤平，胡靖邦.石油工程［M］.北京：石油工業出版社，2002：274-284.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.12.008

2015-08-18）

韓輝，2012年畢業于西南石油大學（石油工程專業），從事采油工程新技術研究、機采節能管理等工作，E-mail：hanhui1025@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第七采油廠工程技術大隊，163517。