6型抽油機增程改造的研究

蘭 真，鄧 陽，方艷輝

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司，天津 300280）

0 引言

隨著各油田進入中后期開發，短沖程抽油機已經不能適應采油工藝的需要，若報廢換新，不但會造成資產浪費，而且資金投入量龐大，因此，對在用的短沖程抽油機進行增程改造是十分必要的。增程改造多以引入新機構或改變整機結構的方式增加沖程，這些增程方法雖達到了預期的效果，但也存改造量大、成本高、不利于實施的弊端。

針對于原有的6型游梁式抽油機，提出采用中軸座安裝位置后移的方法增加抽油機沖程，該方法改造量小，改造成本低且容易實現。對增程改造后抽油機減速器凈扭矩及連桿力的分析表明：增程改造后的抽油機性能能夠滿足實際需求。

1 增程改造的原理

6型抽油機結構及運動簡圖如圖1 所示。圖中，A 為游梁前臂長，C 為游梁后臂長，P 為連桿長，K 為基桿長，R 為曲柄半徑，φ 為游梁后臂與基桿之間的夾角，δ 為游梁擺角。

由圖1，驢頭在兩極限位置φ 角分別為：

圖1 6型抽油機結構及運動簡圖

由幾何關系可知，兩極限位置φ 角之差即為游梁擺角：

抽油機最大沖程S 為：

由式（4）可知，增加前臂長度或增大游梁擺角均可實現抽油機增程：①增加前臂長度的方式比較單一，僅增加A 的值即可；②增大游梁擺角可選擇的方式較多，如減小后臂C、增加曲柄半徑R、加長連桿P 等。考慮改動量和改造成本，減小后臂C 是首選的方式。為了更有利于抽油機增程后的性能，避免單一參數的大幅變化，宜采用加長A 和減小C 相結合的方式，如將中軸座安裝位置后移。

在參數設計時，需保持整機前后臂長度之和不變：

式中 A0——改造前抽油機前臂長，mm

C0——改造前抽油機后臂長，mm

A1——改造后抽油機前臂長，mm

C1——改造后抽油機后臂長，mm

將6型抽油機沖程由2.5 m 改造至3 m，由式（1）～式（5），增程改造前后參數見表1。

表1 6型抽油機增程改造前后參數mm

2 增程后性能分析

計算6型抽油機的減速器凈扭矩及連桿力，以驗證增程改造的實用效果。為了便于分析，規定：①曲柄勻速轉動；②不計擺動部件的轉動慣性。由文獻［5］可知減速器凈扭矩：

式中 ηm——四桿機構效率

W——懸點載荷，kN

B——結構不平衡重，kN

M——水平位置時曲柄對減速器的力矩，kN·m

θ——曲柄與12 點位置的角度，°

τ——平衡相位角，°連桿力：

式中 β——抽油機后臂C 與連桿P 之間的夾角，°

實際上，抽油機工況較為復雜，而懸點載荷又因工況而存在一定的差異。依據常規的工況：上沖程最大載荷為額定載荷的70%，下沖程最大載荷為額定載荷的35%，對6型抽油機而言，上沖程最大載荷42 kN，下沖程最大載荷21 kN。根據式（6）和式（7），增程改造前后抽油機的減速器凈扭矩及連桿力變化如圖2 所示。

圖2 減速器凈扭矩及連桿力變化

由圖2a），上沖程時減速器凈扭矩有所增加，但遠小于26 kN·m的額定值；下沖程時減速器凈扭矩小幅降低，最大值由22.74 kN·m降至21.02 kN·m。由圖2b），最大連桿力增加12%，但進行強度分析，各部件強度均在所允許的范圍之內。可見，增程改造后抽油機減速器凈扭矩及連桿力均在所要求的范圍之內，整機性能能夠滿足實際需求。

3 增程方法的實現

中軸座安裝位置后移只需將游梁上對應的安裝孔及調整塊后移，因沖程增加，同時再補接驢頭側板和弧板即可。這種方法改造量較小，容易實現，改造風險低，特別適用于在役抽油機的低成本改造。

實現過程如圖3 所示：①將游梁原中軸座安裝孔填滿、去掉兩側的調整塊；②按照原形位尺寸在游梁上的新位置重新打孔，焊接調整塊、補焊加強板；③補接驢頭側板和弧板，整體打磨、補漆。應該注意的是：應確定原水泥基礎是否需要加高，以免因沖程增加導致懸繩與井口發生碰撞。

圖3 增程改造方案

4 結論

（1）中軸座安裝位置后移的增程改造方法具有改動量小、改造成本低且容易實現的特點，特別適用于在役抽油機的低成本改造。

（2）中軸座安裝位置后移，同時增大了游梁擺角和前臂長，避免了單一參數的大幅變化，更有利于增程改造后的整機性能。這對各種游梁式抽油機的改造提供了一種參考。