盤根盒定扭力設計及節能評價

孫文濤（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

由于近年來大量節能設備的應用，T油田節能型控制箱覆蓋率達95%以上，節能型電動機的應用率也達到了90%以上，使用年限10年以上非節能型電動機僅余367臺，功率因數低于0.3的非節能型控制箱僅有287臺，擬采取更換節能設備的節能潛力越來越小[1]；同時，間抽作為主要節能手段，前期應用中也見到了投入少、效果好、見效快的效果[2]，但在油田上產和穩產的態勢下，為保障產量的主動，使得近年來間抽井的執行被動、滯后，節電量逐漸被壓縮。

1 節能工作現狀

統計5年來的機采節能管理措施工作量，見圖1。節能管理措施主要以調參和間抽為主，但這兩類管理措施受到當年產量完成情況的制約，在產量被動時只能減少執行。

統計5年來的節能技術措施工作量，見表1。應用節能電動機和應用節能控制箱是技術措施的最重要組成部分，但是隨著節能設備更換力度逐年加大，非節能設備可更換的潛力越來越小，更換重心已從優先更換非節能設備轉變為優先更換應用時間長、節能效果變差或失效的節能設備開始轉變，致使設備更新工作的節電效果呈逐年下滑趨勢。

圖1 管理措施工作量匯總圖

基于以上考慮，為持續保證油田節能效果穩中有降的態勢，T油田從節點能耗管控為出發點，進行了一些優化。本文以盤根盒能耗管控為例，從定扭力盤根盒的設計出發，結合合理盤根合理松緊度研究，制定了合理的盤根上緊措施，實現節能效果。

表1 技術措施工作量匯總 單位：井次

2 盤根盒定扭力設計

盤根盒安裝于抽油機井口，采油樹上端，起到密封作用[3-4]。光桿上下運動時，與盤根盒摩擦造成能量損失，研究表明，適當的盤根松緊度有利于節約能耗，提高系統效率。本文從盤根盒定扭力設計出發，通過設計使盤根能輕易的調節到給定的松緊度（以扭矩表示），給出了合理的扭矩調節范圍，對含水高低油井進行了節能試驗。

盤根盒設計圖如圖2，抽油機井定扭矩盤根盒，主要由盤根盒本體和扭矩調整裝置兩大部分組成，通過在原有盤根盒的盤根壓帽（螺紋套）處增加扭矩調整裝置，實現定扭力輸出功能。扭矩調整裝置主要由旋轉套、手柄、彈簧和旋塞組成，盤根盒本體的螺紋套的外壁設有棘輪，與扭矩調整裝置的棘齒形成棘輪-棘齒傳動機構，靠預設的彈簧預緊力固定輸出扭力值，通過棘輪-棘齒傳動機構、螺紋套、壓緊套，將旋轉扭力轉化壓緊盤根的壓緊力，實現對盤根松緊度的量化調節[5]。

圖2 盤根盒設計圖

通過調整彈簧對棘爪的壓力，改變棘輪和棘爪間的摩擦力矩，從而使密封盤根和抽油桿之間的摩擦力可以定量調整[5-6]，當施加的扭矩小于彈簧的預設值時，棘爪帶動棘輪同步轉動，上緊盤根；當施加的扭矩大于彈簧的預設值時，棘爪將不再帶動棘輪一起轉動，此時棘輪和棘爪間將產生相對轉動，使密封盤根不再繼續被施壓。可以通過計算旋塞每旋轉一圈對彈簧所增加的固定壓力值來精確設定盤根的預設壓力。現場可根據不同抽油井的實際情況進行針對性的調整，使每口井的防噴盒的密封效果都能達到最佳狀態，達到節能目的[7-8]。

3 合理松緊度研究

為確定盤根松緊度與抽油機能耗關系，現場對不同盤根松緊狀態下的扭矩和有功功率進行了測試[9-10]。選取4個采樣點，分別為盤根夾緊不帶油采樣點1；盤根最松冒油采樣點2；盤根輕微漏油采樣點3；盤根過緊狀態采樣點4。試驗井為普通盤根盒，窄V盤根，扭矩-功率試驗曲線圖見圖3。由圖可知，盤根越緊，扭矩越大、能耗越高；盤根最松（采樣點2）扭矩最小，此時能耗也最低。采樣點3（盤根輕微漏油）附近時，能保證密封且有功功率較低，認為此時可以兼顧盤根不漏和取得較好的節能效果。考慮水驅和聚驅在采出液成分的差異性，對水驅和聚驅不同采樣點對應的扭矩值進行了測量，結果（圖4）表明，整體上來看采樣點扭矩變化一致，但聚驅井在相同采樣點時，其盤根扭矩值要略高于水驅井。綜上，考慮水驅井合理扭矩值在（40±5）N·m，而聚驅為（60±5）N·m。

圖3 扭矩-功率試驗曲線圖

圖4 水聚驅扭矩圖

4 現場推廣應用

2019年現場應用81口井，對現場油井應用前后的有功功率進行了監測，根據不同含水級別的節電情況進行了統計（表2），通過表2可以看出，單井平均有功節電率3.30%，效果較好；對比發現，含水級別較高井節電率高于含水級別較低井。分析認為，油井含水低時，含油率較高，采出液黏性更好，容易在盤根處形成油膜，潤滑性提高、盤根不易磨損疲勞，在盤根松狀態和緊狀態下能耗變化較小，因此調整盤根后的節電幅度較小；反之，含水較高井盤根在松-緊兩種狀態下有功功率變化較大，因此調整盤根松緊后的節電效果更高一些。截止目前，應用井累計節電8.74×104k Wh，電費按0.637 1元/kWh計算，年節省費用5.57萬元。

表2 不同含水級別節電情況

5 結論

1）設計了一種定扭力盤根裝置，靠預設的彈簧預緊力固定輸出扭力值，將旋轉扭力轉化壓緊盤根的壓緊力，實現對盤根松緊度的量化調節。

2）盤根松緊與能耗呈對應關系，適宜的盤根松緊有利于降低有功功率；考慮水聚驅不同，認為水驅井合理扭矩值在（40±5）N·m，聚驅（60±5） N·m。

3）現場試驗表明，調盤根后，含水高低井有功節電率存在差異，具體表現為含水高井節電率高于含水較低井，所有現場實驗井平均有功節電率3.30%。