新型防斷防脫自動(dòng)調(diào)節(jié)式懸繩器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

黃志偉

中國(guó)石油新疆油田分公司 采油二廠 （新疆 克拉瑪依 834008）

光桿是抽油井桿柱上的重要組成部分，起到連接抽油機(jī)與抽油桿的作用，同時(shí)還在井口盤(pán)根盒處起到密封作用[1]。抽油機(jī)井在工作中，光桿因承受桿柱及井液重量（深井泵、活塞、抽油桿、液體）在上、下行運(yùn)動(dòng)過(guò)程中易在上部受力點(diǎn)造成斷脫[2]。光桿斷脫會(huì)造成原油產(chǎn)量的損失，如抽油桿柱掉入井內(nèi)造成井口跑油，不但會(huì)造成環(huán)境污染，甚至還可能出現(xiàn)安全事故。

1 普通懸繩器的弊端

現(xiàn)有普通懸繩器結(jié)構(gòu)為1個(gè)光桿卡子鎖緊光桿后，懸繩器通過(guò)光桿卡子將拉力間接作用于光桿，使光桿保持上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)[3]。在使用普通懸繩器過(guò)程中易出現(xiàn)問(wèn)題有:

（1）光桿上行過(guò)程中，由于普通懸繩器只有1個(gè)光桿卡子從而使有限的光桿截面承受全部拉力作用，造成此截面處垂向應(yīng)力集中，易造成光桿疲勞損傷、甚至折斷。

（2）由于人力安裝，光桿卡子的橫截面與光桿軸心線不可能絕對(duì)垂直，這樣就造成光桿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到一定的橫向剪切力的作用，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中此剪切力是固定不可消除的，易造成光桿斷裂[4]。

（3）如配防沖距不合理，光桿卡子上方光桿長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，在光桿上行至上死點(diǎn)時(shí)光桿與驢頭相碰，造成光桿彎曲，進(jìn)而造成光桿卡子處光桿由于彎曲受到一定的橫向剪切力，易造成光桿折斷[3]。

（4）如發(fā)生卡泵，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)易造成懸繩器毛辮子跳槽，引發(fā)各種安全事故。

2 防斷防脫自動(dòng)調(diào)節(jié)式懸繩器原理及受力分析

通過(guò)對(duì)目前的懸繩器改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種新型的自動(dòng)調(diào)節(jié)式懸繩器，滿足了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需要。該防斷防脫自動(dòng)調(diào)節(jié)式懸繩器相較普通懸繩器，增加了1個(gè)光桿卡子和1個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)器。其原理如下:

（1）通過(guò)設(shè)計(jì)2個(gè)光桿卡子，改變光桿垂向應(yīng)力集中狀況，使光桿承受的垂向力分布在光桿的2個(gè)橫截面上。

（2）利用聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)使懸繩器自動(dòng)調(diào)節(jié)光桿所受垂向應(yīng)力在2個(gè)截面的合理分布；聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)亦可減弱由于光桿與驢頭相碰所造成的橫向剪切力對(duì)光桿的作用。

（3）利用自動(dòng)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)大幅消除由于光桿卡子的橫截面與光桿軸心線不垂直所造成的橫向剪切力作用，減輕光桿彎曲。

（4）如發(fā)生卡泵，聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，懸繩器仍能帶動(dòng)毛辮子順利下滑，使懸繩器毛辮子不會(huì)發(fā)生跳槽，避免各種安全事故發(fā)生。

改進(jìn)后的懸繩器如圖1所示，它是由光桿卡子（2個(gè)）、光桿擋板 、懸繩器上體 、受力自動(dòng)調(diào)節(jié)器、懸繩器下體組成。

對(duì)防斷防脫自動(dòng)調(diào)節(jié)式懸繩器進(jìn)行受力分析（圖1）。①1號(hào)卡子和2號(hào)卡子在不同的2個(gè)平面上，在1號(hào)卡子受力時(shí),2號(hào)卡子所在平臺(tái)往下壓,同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)器將力傳給2號(hào)卡子受力;②懸繩器下體的凹部是測(cè)示功圖時(shí)放傳感器的位置;③2號(hào)卡子所在平臺(tái)往下壓的同時(shí)1號(hào)卡子所在平臺(tái)往上頂,就這樣實(shí)現(xiàn)2個(gè)卡子同時(shí)受力而防滑斷;④自動(dòng)調(diào)節(jié)器下支點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)2個(gè)卡子同時(shí)受力的主要部位。

3 應(yīng)用效果

2010年9月至11月在光桿斷脫頻率高的井:T85004井、T86198井、T85440井、T85558井 4口井試用防斷防脫自動(dòng)調(diào)節(jié)式懸繩器。

從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來(lái)看，這4口井在安裝普通懸繩器時(shí)光桿斷脫頻率平均為80天/次，光桿斷脫頻繁，影響抽油機(jī)日常安全生產(chǎn)。安裝防脫防斷自動(dòng)調(diào)節(jié)式懸繩器后，至今光桿未再發(fā)生斷脫，運(yùn)轉(zhuǎn)正常，延長(zhǎng)了光桿的使用壽命，技術(shù)性能完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

特別是T85558井，井深較深3200m，泵掛位于2600m，光桿所承受載荷大。一方面光桿卡子在人工安裝時(shí)不能保證絕對(duì)與光桿橫截面水平，防沖距過(guò)大；另一方面該井長(zhǎng)期供液不足，間歇出油，在不出油時(shí)光桿發(fā)燙溫度可達(dá)100℃以上，出油時(shí)光桿溫度迅速下降，使光桿發(fā)生了脆性變化，造成該井光桿頻繁斷裂，光桿平均斷脫周期只有65d。此情況不但嚴(yán)重影響了油井的正常生產(chǎn)，而且經(jīng)常發(fā)生油井跑油造成井場(chǎng)大面積污染，甚至有一次員工在巡檢過(guò)程中光桿突然斷裂，差點(diǎn)造成人員傷亡事故。2010年10月5日該井安裝了新型防斷防脫自動(dòng)調(diào)節(jié)式懸繩器，至今光桿未斷脫過(guò)，光桿斷脫周期延長(zhǎng)了10倍以上。2011年11月8日該井卡泵，該懸繩器通過(guò)自我調(diào)節(jié)，不但未發(fā)生毛辮子跳槽現(xiàn)象，而且由于多次負(fù)荷異常抽油機(jī)自動(dòng)停抽，未造成任何傷害和損失。

至2012年8月，采油二廠作業(yè)區(qū)已經(jīng)在50口井應(yīng)用新式防斷防脫自動(dòng)調(diào)節(jié)式懸繩器，截止目前裝置運(yùn)行良好。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

應(yīng)用表明，新式防斷防脫自動(dòng)調(diào)節(jié)式懸繩器運(yùn)行情況良好，解決了普通懸繩器存在的諸多問(wèn)題，適用于各類(lèi)野外生產(chǎn)環(huán)境中的抽油井。

（1）投入應(yīng)用的成本低，使用此種懸繩器后，自動(dòng)調(diào)節(jié)光桿受力分布情況，緩解了光桿所受垂向應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時(shí)降低了光桿所受的橫向剪切力，有效地降低了光桿的疲勞程度，減少了光桿頻繁斷脫現(xiàn)象，延長(zhǎng)了光桿的使用壽命。

（2）避免了由于光桿斷脫、卡泵引發(fā)抽油機(jī)翻機(jī)、井口損壞等事故的發(fā)生；同時(shí)也為斷脫光桿修復(fù)、更換以及保證井口安全生產(chǎn)贏得機(jī)會(huì)和時(shí)間，提高抽油井生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，平時(shí)不需要維護(hù)，壽命長(zhǎng)，工作可靠，適用范圍廣。

[1]成大仙.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]萬(wàn)仁溥.采油工程手冊(cè)[M].北京:石油工業(yè)出版社，2000.

[3]陳憲佩，葉利平，谷玉洪.抽油機(jī)采油技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社，2008.

[4]崔學(xué)政，馬強(qiáng)，陶軍，等.隨動(dòng)對(duì)中抽油井口光桿密封裝置的研究與應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2004，33（2）:83-84.