齒條式抽油機在油田試驗效果研究

張波 李文平 張楠（中國石油長慶油田第一采油廠）

目前石油現場大量應用的抽油設備是眾所周知的游梁式抽油機，這種抽油機存在著能量傳遞效率低、電動機能量利用率低、沖程不能大幅度提高等缺點或不足。在同等懸點載荷、減速器扭矩的情況下，沖程長的抽油機造價要高。根據油井產液量大小、動液面深淺、含水率及原油黏度大小等因素統籌考慮。小泵、深抽要考慮抽油機額定懸點載荷的滿足。油田現場開展在152-20油井試驗安裝了長環形齒條抽油機（簡稱齒條機），通過針對設備結構、工作原理以及現場生產工況分析，并與同型號普通游梁式抽油機的節能測試對比，計算了現場齒條抽油機的實際節能效果。

1 設備構造及傳動原理

1.1 設備構造

齒條式抽油機[1]基本結構是包括傳動部分、換向部分、剎車部分、機架部分、懸掛部分。傳動部分在機架下半部，換向部分在機架內部，懸掛部分在機架頂部，剎車部分在機架下半部的環形齒條式抽油機。其傳動部分的輸入軸上設有鏈輪、鏈輪箱體、鏈輪箱體內部裝置有鏈輪、鏈條、上部的傳動軸上裝置有鏈輪、扶正輪、軌跡齒輪、導向輪，其傳動部分的輸入軸上設有鏈輪、鏈輪箱，鏈輪現內裝置有鏈輪、鏈條、鏈輪，鏈輪箱上部的傳動軸有鏈輪，齒輪與齒條相嚙合，齒條裝置在換向架的內部。換向架的兩側裝置有滑座.換向架的頂部連接負載膠帶，下端連接懸掛器，滾筒固定在機架頂部，軌跡齒輪與齒條相嚙合。具體構造圖見圖1。

圖1 齒條抽油機構造

1.2 工作原理

環形齒條[2]固定在平衡塊上，電動機輸出的旋轉經過皮帶傳動到減速器，減速器輸出軸端裝有小齒輪和導向輪，小齒輪轉動的同時可以和減速器、導向輪在水平軌道內沿水平方向平動，在導向輪的導向作用下，小齒輪和環形齒條始終保持良好嚙合。

電動機低速轉動時小皮帶輪帶動大皮帶輪帶動驅動傳動輪，帶動曳引帶和光桿實現抽油，傳動效率高，整個沖程運動平穩、動載荷及慣性載荷小。其工作主結構中沒有傳動皮帶、減速機等機械傳動機構，其功能部件由安裝在頂端的電動機組成，在電動機轉子上裝有分別掛懸點載荷和平衡重的皮帶，依靠換向開關和變頻控制器實現電動機的正反轉和調速，以實現抽油機的功能。齒條抽油機[3]由于簡化掉了其它抽油機所用的機械傳動環節，使它自身具備了高效率的基礎條件，傳動鏈短，能較好地利用平衡重的平衡功能，有利于自身節能，同時具有長沖程有利于減小相對沖程損失而提高泵效。

1.3 特點評價

齒條抽油機承受的懸點載荷和載荷差幅度小[4]，可降低抽油機的裝機容量，延長抽油機的使用壽命。抽油桿承受的最大載荷和交變載荷降低，可降低抽油桿的彈性變形量，增加抽油泵柱塞的有效行程，提高泵效。齒條抽油機抽油桿[5]承受的最大載荷和交變載荷降低，使得抽油桿承受的應力和應力幅值降低，可延長抽油桿的使用壽命。

2 現場節能測試

現場開展針對齒條機和普通游梁式抽油機的測試對比試驗，通過重點分析齒條機電力波動曲線和電能參數統計，得到相關測試參數的對比詳細結果，分別見圖2，圖3，表1。

圖2 電能參數測試曲線

圖3 152-20井電能參數統計

表1 參數測試對比結果

3 測試效果分析

3.1 節能率計算

取值按SY/T 6422—20167的規定執行。當電網采取無功補償時，應從補償端計算電動機的電源變壓次數。在油田抽油機電動機都在3次變壓以后，取0.09。選取在有效功率相同情況下，用輸入功率與輸出功率的不同值進行計算。見表2。

3.2 齒條機平衡效果分析

該齒條機現場安裝了132個平均重量為0.1 kN的平衡塊，總重量為9.6 kN；日耗電54.1 kWh，上電流8.4 A，下電流6.7 A，功率平衡度0.88，均方根電流7.05 A，圖4中曲線也對應表明該齒條機滿足平衡要求。

圖4 平衡效果分析

4 結論

1）齒條抽油機抽油過程中上下沖程在換向期間才有短時間的加減速度，因而其動載較小，對應的電流基本上是一條直線，表明工作狀態平穩，具有良好的工作穩定性能。

表2 節能測試對比結果

2）齒條機由于主要工作部分采用齒輪配合齒條機構，使抽油機自身重量得到了減少，減少了抽油機的鋼材用量，同時也把游梁抽油機的可靠性簡化了。實現同等沖程長度時，該機自身高度大大減小，提高了裝機的穩定性，提高了抽油機的安全性。

3）齒條機有限度的改變最大、最小載荷的峰值，提高三抽工藝的適應性，延長檢泵周期，齒輪傳動本身比其他運動機構具有較高的傳動比，結構簡單縮短傳動鏈，提高了傳動效率，同時減少作用于軸上轉矩和變化幅度，減少電動機功率，達到比同型普通游梁抽油機節能的效果。