常規(guī)彎梁變矩抽油機數(shù)字化改造技術與應用

姚 鵬，白文雄，樊 勇，梁 娜，李紅才

（長慶油田分公司機械制造總廠，西安710201）①

常規(guī)彎梁變矩抽油機數(shù)字化改造技術與應用

姚 鵬，白文雄，樊 勇，梁 娜，李紅才

（長慶油田分公司機械制造總廠，西安710201）①

為使在用常規(guī)彎梁變矩游梁式抽油機滿足油田數(shù)字化管理的需要，設計了擺動式游梁平衡調節(jié)裝置及配套設施，配備了數(shù)字化智能控制系統(tǒng)。在不改變原機型的情況下，利用數(shù)字化抽油機技術在井場將6型常規(guī)彎梁變矩抽油機一次性改造成為數(shù)字化抽油機，能夠根據油井負荷自動或手動調節(jié)抽油機的平衡狀態(tài)，根據油井產液量自動調節(jié)抽油機的工作沖次，并適時傳遞油井參數(shù)，實現(xiàn)遠程智能控制?？蓾M足油田數(shù)字化管理和控制的要求。

抽油機；彎梁變矩；智能控制；數(shù)字化改造

由于常規(guī)彎梁變矩（調經變矩）游梁式抽油機具有較好的節(jié)能效果［1］，自2005年以來，在長慶油田得到廣泛的應用，據不完全統(tǒng)計，該抽油機約占油田在用抽油機的35%。隨著長慶油田大力推行數(shù)字化管理，該抽油機不具備數(shù)字化控制，不能夠根據油井負荷及產液量適時調整抽油機的平衡及工作沖次，與油井實現(xiàn)“供排協(xié)調”和數(shù)據上傳及遠程控制等數(shù)字化管理的弊病不斷顯現(xiàn)。如何將在用常規(guī)彎梁變矩抽油機改造為數(shù)字化抽油機，滿足油田數(shù)字化管理需要，是油田公司關注的熱點。2012-09，機械制造總廠與采油二廠聯(lián)合對西峰油田西280-02井組和西39-30井組2個井場在用的10臺6型彎梁變矩抽油機進行了數(shù)字化抽油機技術［2-3］改造，現(xiàn)場調試1次成功。經過1 a多的使用，各項指標達到了設計改造要求，實現(xiàn)了數(shù)字化抽油機的所有功能，能夠根據油井負荷調整抽油機的平衡狀態(tài)，根據油井產液量調整抽油機的工作沖次，并適時上傳油井參數(shù)，實現(xiàn)遠程控制，達到了油田公司數(shù)字化管理的要求。經過油田公司技術檢測中心的節(jié)能效果評價，其綜合節(jié)電率達到34%，系統(tǒng)效率提高5%以上。為其他型號的彎梁變矩抽油機的現(xiàn)場數(shù)字化技術改造提供了較好的技術借鑒。

1 技術分析

1.1 常規(guī)彎梁變矩抽油機結構及改造要求

6型常規(guī)彎梁變矩抽油機的結構如圖1所示。在不改變原抽油機機型的情況下，只對尾部平衡及控制系統(tǒng)進行改造，并增加數(shù)字化部分結構，使其實現(xiàn)數(shù)字化抽油機的功能，達到數(shù)字抽油機要求。為減少改造工作量，所有改造工作需在抽油機現(xiàn)場一次改造完成。由于抽油機井場存在較多不安全隱患，不能進行電焊等動火作業(yè)，給改造工作帶來了較大的難度。這就要求將改造部件實行工廠化制造，現(xiàn)場改造采用掛接和螺栓連接等不動火作業(yè)，并確保改造后的機型能夠達到長期可靠工作的要求。

1—懸繩器；2—鋼絲繩；3—驢頭；4—游梁；5—支架總成；6—中央軸承座；7—橫梁軸承座；8—橫梁；9—連桿；10—尾部平衡體；11—曲柄；12—曲柄銷裝置；13—減速器；14—皮帶；15—皮帶護罩；16—電機裝置；17—剎車裝置；18—底座

1.2 數(shù)字化技術改造方案

改造后的CYJW6-2.5-18HY（SG）型數(shù)字化抽油機結構如圖2所示，其中實線表示改造部分，虛線為原結構。

圖2 改造后的數(shù)字化抽油機結構

1.2.1 改造方案

1） 將原尾部平衡整體換裝為電動平衡調節(jié)裝置。

2） 將原懸繩器整體換裝為能夠安裝固定載荷傳感器的一體式載荷懸繩器［4］。

3） 為了能夠安裝數(shù)字化智能控制柜，且確保控制柜符合SY6320—2008《陸上油氣田油氣集輸安全規(guī)程》［5］相關規(guī)定，去掉原控制柜，將原底座加長用來固定數(shù)字化智能控制柜，其長度尺寸既要確保曲柄旋轉的安全距離，又要兼顧電動平衡調節(jié)裝置在最低位置時的安全距離。設計了螺栓夾板固定的特殊結構，避免了動火電焊作業(yè)。

4） 增加了位移傳感器，選用磁鐵式固定的位移傳感器。

5） 增加了位移傳感器和載荷傳感器的信號線及穿線管、平衡電機動力線及穿線管、與防爆控制按鈕相連的控制線及穿線管。穿線管采用螺釘固定和磁鐵座固定相結合的方式。

6） 增加了數(shù)字化智能控制柜。數(shù)字化智能控制柜后置安裝，由于剎車裝置不變，剎把還在原位置。配合剎把操作，在剎把附近安裝了防爆操作按鈕，使剎車操作與啟停操作能夠同時進行，滿足了現(xiàn)場操作抽油機的要求。

1.2.2 改造后的技術參數(shù)

2 關鍵技術

2.1 在用彎梁變矩抽油機的工作情況確定

由于常規(guī)彎梁變矩抽油機已在井場應用，為使改造工作有效進行，需要對在用抽油機進行全面的檢測，主要檢測內容包括：

1） 整機的運行狀況。

2） 上下沖程的實際工作載荷。

3） 主要結構件的安全性。

4） 懸點投影。

5） 整機橫向擺幅。

根據檢測情況確定改造的必要性，通常服役在3 a以內的抽油機只需將彎梁變矩抽油機調整至正常狀態(tài)即可。對服役較長的抽油機需要進行必要的維護，以確保改造的有效性。

2.2 改造后平衡載荷的確定及平衡錘結構

由于改造后的數(shù)字化抽油機采用擺動平衡調節(jié)結構，平衡調節(jié)有確定的范圍。根據測得的抽油機上下沖程的實際載荷，并將其放大15%～20%左右，即可滿足抽油機額定載荷的50%～100%的平衡調節(jié)范圍。

平衡錘采用圓柱結構，內部灌裝密度為2.0 g／cm3的混凝土；中部為可拆裝的水泥塊結構，大幅降低了制造成本，且具有一定的防盜功能。可拆裝水泥塊結構加上擺動調整范圍確保抽油機平衡調整范圍達到額定載荷的50%～100%。

2.3 數(shù)字化抽油機智能控制技術

數(shù)字化抽油機采用長慶油田公司機械制造總廠的數(shù)字化抽油機智能控制技術。采用RTU智能控制器調整和控制抽油機的參數(shù)，自動平衡判定與調節(jié)技術和抽油機合理工作沖次判定與調節(jié)技術的應用，保證了改造后的數(shù)字化抽油機具備數(shù)字化管理和控制的功能。使改造后的抽油機與油井得到了較好的結合，實線了“供排協(xié)調”，達到了節(jié)能降耗的目的。

3 技術創(chuàng)新點

1） 常規(guī)彎梁變矩抽油機在現(xiàn)場進行數(shù)字化技術改造，只需更換2大部件，增加6項零部件便可完成數(shù)字化技術改造。改造后的數(shù)字化抽油機與新制造的數(shù)字化抽油機實現(xiàn)同樣的功能。具備油井參數(shù)和電參數(shù)的采集、傳輸；遠程啟停和語音報警提示；合理工作沖次的自動判定與調整；最佳平衡的自動判定與調整。同時，利用數(shù)字化控制技術實現(xiàn)了對抽油機有效保護，工作更安全。

2） 所有改造工作在井場1次改造調試成功，實現(xiàn)了工廠化制造與現(xiàn)場安裝調試的有效結合；避免了現(xiàn)場動火作業(yè)，降低了現(xiàn)場改造工作的安全風險。

3） 數(shù)字化智能控制柜后置安裝。為實現(xiàn)剎車與啟、停操作的聯(lián)動，在剎把附近設置了防爆啟、停按鈕，使數(shù)字化智能控制柜的啟、停在控制柜和防爆按鈕處的雙向操作。

4 現(xiàn)場應用與測試

2012-09，在長慶油田公司采油二廠對西峰油田西280-02井組和西39-30井組2個井場在用的10臺6型彎梁變矩抽油機進行了數(shù)字化技術改造，改造調試工作1次完成。改造后的數(shù)字化抽油機經過1 a年多的運行，經歷了冬季嚴寒和夏季酷暑的考驗，運行情況良好。其平衡度基本保持在0.95～1.05之間，具有較好的平衡性能；工作沖次可以根據油井動液面和產液量進行自動調整，具有較好的節(jié)能效果。油井參數(shù)和電參數(shù)適時上傳至上位機，并得到有效控制，實現(xiàn)了數(shù)字化管理和控制的目的。

2013-06，委托長慶油田公司技術檢測中心對改造后的數(shù)字化抽油機與原彎梁變矩式抽油機進行節(jié)能效果對比測試［6］。測試和計算結果為：有功節(jié)電率為34.90%，無功節(jié)電率67.35%，綜合節(jié)電率為34.83%（以上數(shù)據因工況條件不同只能作為參考數(shù)據，從節(jié)電量來說是事實存在的）。抽油機系統(tǒng)效率為19.86%，比以前提高了5.5%以上。

5 結論

1） 常規(guī)彎梁變矩抽油機的現(xiàn)場數(shù)字化改造技術解決了現(xiàn)場在用彎梁變矩抽油機在實施油田數(shù)字化管理以來繼續(xù)使用問題，不僅滿足了油田數(shù)字化管理需要，還使老式抽油機能夠根據油井負荷和產液量調整抽油機的工作參數(shù)，發(fā)揮了數(shù)字化智能控制功能，具有較好的節(jié)能降耗效果。

2） 經測算，1臺彎梁變矩抽油機的現(xiàn)場改造費用約￥4.5萬元。改造方案經工廠化制造后，現(xiàn)場改造不需要動火作業(yè)，安全風險小，具有較好的經濟效益和社會效益。

3） 由于采用了擺動平衡調節(jié)機構，利用原尾部平衡掛裝座，輔以螺栓加緊方式，使更換后的平衡調節(jié)機構安裝簡單、工作可靠。設計的擺動調節(jié)范圍達到了110°，結合可拆裝的活動水泥平衡塊，具有平衡調整范圍大的優(yōu)點。

4） 參照該技術，可實現(xiàn)其他型式游梁式抽油機的數(shù)字化改造。

［1］ 湯敬飛，吳曉東，馬國瑞，等.調徑變矩抽油機懸點載荷計算［J］.石油礦場機械，2011，40（11）：37-40.

［2］ 戴志宏.數(shù)字化抽油機在采油六廠的應用［J］.石油礦場機械，2013，42（9）：94-97.

［3］ 白文雄，白青，李茂，等.數(shù)字化抽油機的研制與應用［J］.油氣田地面工程，2013，32（12）：149-151.

［4］ 李紅才，侯軍，李曉萍，等.帶有載荷變送器的懸繩器：中國，ZL201020252367.X［P］.2011-02-09.

［5］ SY 6320—2008，陸上油氣田油氣集輸安全規(guī)程［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

［6］ 長慶石油勘探局節(jié)能檢測站.JD2013005《6型彎梁變矩抽油機數(shù)字化改造測試報告》［Z］.2013.

Digital Transformation Technology and Application of Conventional Pumping Units with Camber Beam and Variable Torque

YAO Peng，BAI Wen-xiong，F(xiàn)AN Yong，LIANG Na，LI Hong-cai
（Machinery Manufacturing Plant，Changqing Oilfield Company，Xi’an 710201，China）

In order to make the active conventional beam pumping units with camber beam and variable torque to meet the needs of the digital oilfield management，oscillating beam’s balance adjusting device and supporting facilities were designed，and also equipped with digital intelligent control system.Without changing the original model，digital pumping technology transformed the type 6 conventional pumping units with camber beam and variable torque into the digital oil pumping machine at the drill sites once.So the balance of？pumping units could be adjusted automatically or manually based on the load of oil wells，the modified machine can adjust the pumping unit working stroke automatically，according to the oil well fluid production，and timely deliver oil well parameters.In a word，this technical transformation has achieved all the functions of the digital beam pumping units，met the oilfield digitization management and control requirements.

pumping units；camber beam and variable torque；intelligent control；digital transformation

TE933.1

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.07.026

1001-3482（2014）07-0095-04

2014-01-06

姚 鵬（1978-），女，甘肅寧縣人，工程師，碩士研究生，主要從事石油機械與一體化集成裝置的控制理論與控制工程研究，E-mail：yaop_cq＠petrochina.com.cn。