縮短抽油機(jī)井調(diào)平衡時(shí)間

中原油田分公司采油四廠 設(shè)備管理QC小組

（河南 濮陽(yáng) 457176）

縮短抽油機(jī)井調(diào)平衡時(shí)間

中原油田分公司采油四廠 設(shè)備管理QC小組

（河南 濮陽(yáng) 457176）

小組概況

表1、表2分別為小組概況和小組成員表。

選題理由

抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，以支架上的中軸承為支點(diǎn)，游梁前端的驢頭、光桿及井筒載荷應(yīng)與游梁后端的橫梁、連桿、曲柄、平衡塊載荷基本平衡，如果嚴(yán)重失衡，會(huì)造成抽油機(jī)井地面效率低下，設(shè)備故障增多。平衡度以一個(gè)沖次內(nèi)光桿下行時(shí)電動(dòng)機(jī)最大電流與上行時(shí)電動(dòng)機(jī)最大電流的百分比來(lái)表示。在抽油機(jī)“五率”（平衡、對(duì)中、緊固、潤(rùn)滑、水平）管理中，平衡度是納入中國(guó)石油化工股份有限公司、中原油田分公司“五項(xiàng)勞動(dòng)競(jìng)賽考核標(biāo)準(zhǔn)”的唯一一項(xiàng)指標(biāo)。

SY/T 6275-2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》規(guī)定，游梁式抽油機(jī)運(yùn)行中，平衡度應(yīng)保持在80%～110%之間。超出范圍，應(yīng)調(diào)整平衡塊在曲柄上的位置以滿足規(guī)范要求。

我廠有500口油井，其中480口采用CYJY14-4.8-73HF型抽油機(jī)抽汲生產(chǎn)，每年調(diào)平衡約400井次，每井次約需75min，工作量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高、安全性差、耗時(shí)長(zhǎng)。2008年7～12月，因?yàn)檎{(diào)平衡停井時(shí)間長(zhǎng)，造成1次鹽卡，1次砂卡，導(dǎo)致2口井作業(yè)上修，影響原油產(chǎn)量31t，增加作業(yè)費(fèi)用239 000元，給生產(chǎn)管理帶來(lái)很大損失。為此，我們選擇《縮短抽油機(jī)井調(diào)平衡時(shí)間》做為活動(dòng)課題。

表1 小組概況

表2 小組成員情況

現(xiàn)狀調(diào)查

1 抽油機(jī)曲柄平衡塊結(jié)構(gòu)調(diào)查

曲柄上、下平面有縱向貫通的T形槽，平面外沿有1.8m長(zhǎng)的齒條，平衡塊通過(guò)前、后螺栓固定在T形槽內(nèi)，中間有1條保險(xiǎn)鎖塊螺栓，將其鎖死在齒條上防止滑脫。

2 調(diào)平衡相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SH1025 0501-2007《游梁式抽油機(jī)調(diào)（曲柄）平衡操作規(guī)程》規(guī)定，抽油機(jī)調(diào)平衡時(shí)應(yīng)將曲柄停在水平位置，按以下工序進(jìn)行（圖1），操作時(shí)應(yīng)有2人以上。但標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)調(diào)平衡所用時(shí)間沒(méi)有做出規(guī)定。

3 調(diào)平衡耗時(shí)測(cè)試

2009年1月10日～20日，小組成員到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)抽油機(jī)井調(diào)平衡耗時(shí)情況進(jìn)行了跟蹤測(cè)試，調(diào)平衡平均耗時(shí)75min，最長(zhǎng)耗時(shí)87min，最短耗時(shí)61min。

對(duì)抽油機(jī)調(diào)平衡各工序平均耗時(shí)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，從統(tǒng)計(jì)情況可以看出，“移動(dòng)平衡塊到預(yù)定位置耗時(shí)長(zhǎng)”是主要問(wèn)題。

目標(biāo)設(shè)定

小組了解到油田其他采油廠調(diào)平衡耗時(shí)情況，均在70～90min之間，我廠調(diào)平衡耗時(shí)處于油田平均水平?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查過(guò)程中我廠調(diào)平衡最短耗時(shí)為61min/次，小組以此為依據(jù)，確定目標(biāo)值為60min/次。

原因分析

針對(duì)“移動(dòng)平衡塊到預(yù)定位置耗時(shí)長(zhǎng)”這個(gè)主要問(wèn)題，小組成員進(jìn)行了原因分析，繪制了關(guān)聯(lián)圖（圖2）。

確定主要原因

為確定主要原因，小組針對(duì)分析出的四個(gè)末端因素逐一進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 驗(yàn)證1：平衡塊重量大

抽油機(jī)平衡塊重量為1 600kg,重量G約為16 000N，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得知摩擦系數(shù)f為0.4，平衡塊與曲柄之間的摩擦力F1為：

平衡塊與曲柄間用2個(gè)螺栓固定（z），連接可靠性系數(shù)Kn為1.3，兩者間摩擦面數(shù)量m為1，其連接預(yù)緊力F應(yīng)達(dá)到：

平衡塊與曲柄間的固定螺栓直徑d為0.036m，扭緊力矩系數(shù)K為0.28，連接預(yù)緊力F應(yīng)達(dá)到26 000N，螺栓扭緊力矩T必須達(dá)到：

從以上計(jì)算可以看出，平衡塊重量與摩擦力、連接預(yù)緊力、螺栓扭緊力矩成正比。平衡塊重量越大，摩擦力、連接預(yù)緊力與螺栓扭緊力矩越大，撬動(dòng)平衡塊和拆、裝螺栓越困難，耗時(shí)越長(zhǎng)，但平衡塊重量是根據(jù)油井井筒負(fù)荷確定的，小組不可控。確定為非要因。

2 驗(yàn)證2：安全帶無(wú)法高掛低用

移動(dòng)平衡塊時(shí)，操作者只能站在減速箱平臺(tái)、減速箱與曲柄上平面或騎跨在支架拉筋上進(jìn)行操作，距離地面在4m左右（作業(yè)面距離地面超過(guò)2m屬于高空作業(yè)），根據(jù)安全規(guī)定，操作者必須系安全帶，高掛低用。但作業(yè)面上方只有橫梁和連桿，橫梁高于曲柄3.8m，超過(guò)了安全帶不得大于3m的極限長(zhǎng)度，不適于掛安全帶，連桿為直徑101mm的垂直光滑圓管，無(wú)法掛安全帶。實(shí)際操作中，工人只能將安全帶掛到曲柄銷子處（連桿與曲柄連接處），做不到高掛低用，得不到有效保護(hù)，由于存在安全顧慮，勢(shì)必會(huì)影響工作速度。確定為要因。

3 驗(yàn)證3：沒(méi)有合適的站立位置

小組成員在72-497井現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)了調(diào)平衡過(guò)程。調(diào)平衡需要3人配合操作，拆、裝螺栓時(shí)，1人站在18cm寬的曲柄上調(diào)整扳手角度，需數(shù)次彎腰或蹲下，動(dòng)作遲緩；1人站在減速箱平臺(tái)上，一腳蹬跨在曲柄上，手持榔頭錘擊扳手，所站位置距離平衡塊前固定螺栓1m，高1.4m，不便發(fā)力；1人在地面指揮協(xié)調(diào)，進(jìn)行安全監(jiān)護(hù)。小組測(cè)試裝、卸6條螺栓共耗時(shí)45min。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證，小組又到抽油機(jī)安裝隊(duì)，把減速箱放到場(chǎng)地上，固定螺栓距地面高1m，站位不受限制，拆、裝螺栓過(guò)程只需1人操作，耗時(shí)僅9min。對(duì)比測(cè)試結(jié)果，確定為要因。

4 驗(yàn)證4：撬杠阻力臂短

小組成員在現(xiàn)場(chǎng)觀察到，移動(dòng)平衡塊時(shí)，1人用撬杠頂端做支點(diǎn)向前發(fā)力，推撬平衡塊，1人推動(dòng)平衡塊輔助發(fā)力，以減小摩擦阻力。撬杠屬于省力杠桿，阻力臂越短，越省力，但撬動(dòng)距離越短。平衡塊摩擦阻力F1為6 400N，阻力臂長(zhǎng)L1為0.1m，動(dòng)力臂L2為1.3m，需要施加的推力F2為：

根據(jù) F=mg換算，m=492N÷9.8N/kg=50kg

撬平衡塊時(shí)，站在寬18cm，距離地面4m高的曲柄上面，朝前推出50kg的力，是要相當(dāng)費(fèi)力和小心的。每撬動(dòng)一次，平衡塊沿著曲柄齒條移動(dòng)一個(gè)齒的距離，耗時(shí)近1min。要將平衡塊調(diào)整到合適位置，需要多次撬動(dòng)。小組觀察72-497井調(diào)整2個(gè)平衡塊，各移動(dòng)15個(gè)齒，耗時(shí)32min。因此，確定為要因。

制定對(duì)策

表3為對(duì)策表。

表3 對(duì)策表

實(shí)施對(duì)策

1 實(shí)施1：設(shè)計(jì)制作調(diào)平衡操作臺(tái)

為了使工人調(diào)平衡時(shí)方便站立，小組設(shè)計(jì)制作了一個(gè)滑籃裝置，裝置主要由前懸臂、后懸臂、滑籃與兩根滑桿組成。

2009年4月10日，小組帶著滑籃裝置到低產(chǎn)間開(kāi)井文82-3井現(xiàn)場(chǎng)試用，將前懸臂用螺栓固定在曲柄前端的工藝孔中，后懸臂T形塊嵌入曲柄上平面T形槽內(nèi)，兩根滑桿與前、后懸臂下的吊環(huán)連接固定。地面協(xié)調(diào)人員拉動(dòng)滑籃下的繩子，滑籃可沿滑桿滑動(dòng)。

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)滑籃只能到達(dá)前懸臂處，距離曲柄前端還有35cm，拆、裝平衡塊前固定螺栓時(shí)仍然需要1人騎跨在支架拉筋上配合操作（圖3）。而且需要地面配合人員牽引繩索移動(dòng)滑籃，操作起來(lái)不能盡隨人意。

（1）改進(jìn)1：將滑籃裝置改成平臺(tái)結(jié)構(gòu)

小組討論將滑籃改為帶前護(hù)欄的踏板與兩根欄桿組成，后懸臂改制成矩形結(jié)構(gòu)，兼做后護(hù)欄。前、后懸臂與曲柄連接方法不變，使用時(shí)將踏板搭在前、后懸臂間，欄桿插接在前護(hù)欄與后懸臂上。

2009年4月15日，小組帶著平臺(tái)裝置再次到文82-3井進(jìn)行了試用，踏板超出前懸臂40cm，踏板到平衡塊固定螺栓的高度為1m，便于操作者用力，1人即可完成平衡塊前、后固定螺栓和安全鎖塊螺栓的拆、裝工作，裝置初見(jiàn)成效。

（2）改進(jìn)2：進(jìn)一步優(yōu)化完善平臺(tái)結(jié)構(gòu)

一是將欄桿的一端由“┓”形改成“┫”形，搭建平臺(tái)時(shí)，地面人員可用欄桿做為傳遞工具，將懸臂、踏板等物舉高，便于抽油機(jī)上搭建平臺(tái)人員夠取。將欄桿數(shù)量由2根增加為4根，間距從0.5m縮至0.25m，使用更安全。二是將前懸臂固定螺帽做成搖把型，省去了扳手操作，徒手即可快速完成平臺(tái)的搭建。三是將平臺(tái)所有活動(dòng)插接部位刷上醒目的紅漆，提醒工人安裝使用時(shí)確認(rèn)安全牢固，并在護(hù)欄上部并排加裝直徑33 mm圓管段，便于插放榔頭等工具。四是在踏板下平面四角分別焊接定位樁，防止踏板在前、后懸臂間左右竄動(dòng)；在后懸壁上焊一定位插銷，控制踏板上下起伏；在前懸臂上焊一搖把形定位螺栓，控制踏板前后竄動(dòng)。

進(jìn)一步優(yōu)化后，將平臺(tái)裝置各零件組裝（圖4）。

2009年4月29日，文123-9井抽油機(jī)調(diào)平衡，小組將優(yōu)化后的平臺(tái)裝置進(jìn)行了試用（圖5），工人在平臺(tái)裝置上裝、卸平衡塊固定螺栓時(shí)，站位便于操作、安全可靠，對(duì)策目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

2 實(shí)施2：設(shè)計(jì)制作連桿卡子

針對(duì)抽油機(jī)調(diào)平衡時(shí)安全帶無(wú)法高掛低用，小組設(shè)計(jì)制作了連桿卡子（圖6），卡子螺栓為搖把型，可快速裝卸。

使用時(shí)，將卡子固定在連桿合適高度，把安全帶掛鉤掛在卡子固定螺栓上，安全帶高掛低用（圖7）。

我們對(duì)卡子的安全性進(jìn)行了分析驗(yàn)證：

卡子螺栓材質(zhì)為45號(hào)鋼，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得知，強(qiáng)度極限[σ]為600MPa，危險(xiǎn)截面在螺栓正中位置，距離卡子耳板的長(zhǎng)度L為15mm，螺栓直徑d為12mm，截面為圓形，其抗彎截面模量W為0.098 2d3，螺栓可承受純彎曲應(yīng)力P為（即人墜落時(shí)的重量 N）：

根據(jù) G=mg換算，m=6787N÷9.8N/kg=693kg

由計(jì)算可知，螺栓能承受的最大墜落質(zhì)量為693kg，約等于正常人體重70kg的10倍 （安全系數(shù)），遠(yuǎn)大于《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中要求的3倍安全系數(shù)，在卡子上掛安全帶是安全的。實(shí)現(xiàn)了安全帶高掛低用，對(duì)策目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

3 實(shí)施3：研制齒輪裝置

根據(jù)可旋轉(zhuǎn)式杠桿“輪軸”原理，小組決定設(shè)計(jì)一個(gè)與曲柄齒條配套的齒輪裝置，代替簡(jiǎn)單杠桿“撬杠”移動(dòng)平衡塊，齒輪半徑為阻力臂,施力點(diǎn)到齒輪軸心的長(zhǎng)度為動(dòng)力臂。

小組設(shè)計(jì)制作了與曲柄齒條配套的齒輪裝置，裝置由齒輪、加力桿兩部分組成（圖8）。齒輪有三個(gè)臺(tái)階，第一個(gè)臺(tái)階與平衡塊的保險(xiǎn)鎖塊螺栓孔連接；中間部分為10個(gè)直齒，齒輪半徑50mm，與曲柄的齒條咬合；最外面一個(gè)臺(tái)階徑向打有Φ 27mm的圓孔，與加力桿配合。加力桿為直徑25.4mm的“┫”形圓桿，長(zhǎng)1 300mm（軸半徑），與50mm齒輪半徑形成了1∶26的桿杠機(jī)構(gòu)。

使用齒輪裝置時(shí)，下壓加力桿（圖9）克服平衡塊摩擦阻力6 400N，下壓的力F為：

根據(jù) F=mg換算，m=246N÷9.8N/kg=25kg

只要在加力桿上施加246N（相當(dāng)于25kg）向下的壓力（可借助操作者自身的體重，比使用撬杠朝前推更容易），齒輪沿曲柄的齒條滾動(dòng)，即可帶動(dòng)平衡塊連續(xù)移動(dòng)，移動(dòng)平衡塊15個(gè)齒的距離只需1kg時(shí)間，對(duì)策目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

調(diào)平衡操作平臺(tái)、連桿卡子、齒輪裝置研制成功后，試用了10井次，效果很好。小組將成果向裝備科和主管廠領(lǐng)導(dǎo)做了匯報(bào)，得到了肯定。2009年5月27日，在文123-2井組織召開(kāi)了現(xiàn)場(chǎng)推廣會(huì)，調(diào)平衡全過(guò)程耗時(shí)僅35kg，其中搭建、拆卸平臺(tái)耗時(shí)10kg，2人即可輕松完成。確定該成果在全廠推廣應(yīng)用。

效果檢查

1 目標(biāo)檢查

2009年12月12日，小組到各個(gè)油藏經(jīng)營(yíng)管理區(qū)進(jìn)行了回訪，各單位應(yīng)用該成果調(diào)抽油機(jī)平衡225井次，應(yīng)用效果穩(wěn)定，反映很好。隨后，我們又對(duì)各單位現(xiàn)場(chǎng)調(diào)平衡耗時(shí)情況進(jìn)行了跟蹤測(cè)試，并對(duì)抽油機(jī)調(diào)平衡各工序平均耗時(shí)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。從調(diào)查可以看出，小組活動(dòng)后，“移動(dòng)平衡塊到預(yù)定位置”耗時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題得到明顯改善，抽油機(jī)調(diào)平衡時(shí)間由75kg/次降到了34kg/次，小組活動(dòng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）活動(dòng)中，制作操作平臺(tái)、連桿卡子、齒輪裝置各6套，分別支出5 400元、300元、900元，合計(jì)6 600元，使用壽命按5年計(jì)算，使用7個(gè)月實(shí)際折舊6 600÷5÷12×7=770（元）。

（2）對(duì)策實(shí)施后，2009 年 6～12 月與 2008 年 6～12月相比，抽油機(jī)調(diào)平衡減少1人操作，人力成本支出節(jié)約42 184元。

（3）我廠單井平均日產(chǎn)4t/d，該成果應(yīng)用235井次，單井減少停井時(shí)間41kg，每天1 440kg，原油價(jià)格按 4 000 元/t計(jì)算，增油創(chuàng)效 4 000×4×235×41÷1 440=107 056（元）。

（4）對(duì)策實(shí)施后，與上年同期相比，減少井卡上修2次，減少作業(yè)費(fèi)用239 000元，減少原油損失31t，創(chuàng)效 4 000×31=124 000（元）

合計(jì)創(chuàng)效：124 000+239 000+107 056+42 184-770=511 470（元）。

3 社會(huì)效益

通過(guò)本次活動(dòng)，削減了抽油機(jī)調(diào)平衡操作風(fēng)險(xiǎn)，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率和抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)管理水平，促進(jìn)了機(jī)采系統(tǒng)效率提高。2009年5月31日，《中原石油報(bào)》刊登了小組活動(dòng)成功的好消息；2010年3月7日，在集團(tuán)公司設(shè)備大檢查中，該成果得到了集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)、江漢、南陽(yáng)等兄弟油田專家的肯定，并被編入了中原油田裝備管理經(jīng)驗(yàn)交流材料，進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

制定鞏固措施

（1）整理技術(shù)圖紙和資料，裝訂成冊(cè)，編號(hào)為PH2009-12，留裝備科存檔保管，便于日后工作中使用。

（2）制定詳細(xì)的《抽油機(jī)調(diào)平衡裝置使用規(guī)定》，由裝備科組織各油藏經(jīng)營(yíng)管理區(qū)維修人員學(xué)習(xí)操作方法，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)貫徹執(zhí)行。

（3）將該成果命名為“抽油機(jī)調(diào)平衡安全防護(hù)裝置”，申請(qǐng)了國(guó)家實(shí)用新型專利，目前正在審批中。

總結(jié)和下一步打算

本次活動(dòng)縮短了抽油機(jī)調(diào)平衡時(shí)間，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，受到了廠領(lǐng)導(dǎo)的表?yè)P(yáng)，得到了基層單位干部職工的一致好評(píng)，增強(qiáng)了小組集體榮譽(yù)感和凝聚力，提高了小組成員專業(yè)技能和解決問(wèn)題能力，下一步我們打算把《提高電動(dòng)機(jī)安裝一次成功率》作為活動(dòng)課題。

??簫鈴

2010-07-08