智能提撈式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)與技術(shù)創(chuàng)新

張建新，謝勁松，張超楠，孫祥，宋聚峰

（長(zhǎng)春理工大學(xué)，長(zhǎng)春 130022）

0 引言

智能提撈式抽油機(jī)與傳統(tǒng)抽油機(jī)最大的區(qū)別在于以連續(xù)柔性抽油桿代替剛性抽油桿，以大沖程代替小沖程。解決了傳統(tǒng)抽油機(jī)供液不足情況下"干抽"的問題，大大減少了能耗，提高了效率，但是仍然存在諸多問題。本文對(duì)已有的智能提撈式抽油機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，改善結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新。

1 改進(jìn)前智能提撈抽油機(jī)

1.1 改進(jìn)前智能提撈抽油機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1 改進(jìn)前智能抽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1 所示，柔性抽油桿連接抽子，抽子下部配有加重桿，通過(guò)控制系統(tǒng)，利用電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)來(lái)上提和下放柔性抽油桿。正常生產(chǎn)時(shí)，抽子在自重和配重作用下，下行到井口以下設(shè)定深度并保持靜止，根據(jù)設(shè)定的間抽時(shí)間，控制器啟動(dòng)，電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)抽子上行，控制顯示器上顯示當(dāng)前抽子深度、電機(jī)運(yùn)行電流、上行速度以及抽子載重，當(dāng)抽子上行到井口的設(shè)定停止深度時(shí)電機(jī)停止，控制器啟動(dòng)下行程序，電機(jī)反轉(zhuǎn)，抽子下行直到設(shè)定的靜止深度，完成一次撈油過(guò)程。

1.2 存在的問題

1）柔性抽油桿內(nèi)部是7 股冷拉普通鋼絲外部包裹一層橡膠，在井下壓力的作用下，有水沿著鋼絲滲出井口，且此種抽油桿比較脆，在冬天容易脆裂折斷。

2）排繩小車、排繩支架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的純機(jī)械排繩裝置，使柔性抽油桿因排繩紊亂造成擠壓變形。

3）上行時(shí)正常，下行靠重力，重力加速度使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，滾筒制動(dòng)點(diǎn)剎不能使?jié)L筒立刻停止，制動(dòng)不及時(shí)，下行速度很難控制，運(yùn)行很不平穩(wěn)，設(shè)備振動(dòng)沖擊較大。

2 改進(jìn)后的智能提撈式抽油機(jī)

2.1 改進(jìn)后智能提撈式抽油機(jī)機(jī)構(gòu)

對(duì)已有智能提撈式抽油機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，由地上智能主機(jī)部分和地下抽油部分組成。智能主機(jī)部分主要包括電控箱、電動(dòng)機(jī)、擺線針輪減速機(jī)、制動(dòng)器、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、里巴斯?jié)L筒、自動(dòng)排繩機(jī)構(gòu)、設(shè)備支架、井架、滑輪等；地下部分主要包括連續(xù)柔性抽油桿、加重桿、壓力傳感器、柱塞、油管等。結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

2.2 工作原理

圖2 改進(jìn)后智能提撈式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

柔性抽油桿一頭連著滾筒，一頭連著柱塞，以油井管柱為抽油泵筒，通過(guò)滾筒的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)柱塞上下運(yùn)動(dòng)，完成抽汲。

柱塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，滾筒將柔性抽油桿纏繞在卷筒上，帶動(dòng)柱塞上行。柱塞膠筒下滑至柱塞桿底部，封死柱塞以上液柱，壓縮柱塞以上的液柱和氣體，當(dāng)壓力達(dá)到一定值，集油管線單向閥開啟，液體經(jīng)集油管線進(jìn)入泵站。當(dāng)柱塞運(yùn)行至上死點(diǎn)時(shí)控制系統(tǒng)感應(yīng)到信號(hào)，制動(dòng)器制動(dòng)，設(shè)備停止，等待下放信號(hào)。

柱塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，制動(dòng)器開啟，在加重桿、抽油桿作用下滾筒反轉(zhuǎn)。柱塞膠筒滑至柱塞桿頂部，柱塞打開，液體沿著柱塞桿柱上的凹槽注入柱塞以上。當(dāng)柱塞運(yùn)行至下死點(diǎn)時(shí)，制動(dòng)器制動(dòng)，根據(jù)壓力傳感器反饋的信號(hào)決定是否上行，若液柱高度沒達(dá)到設(shè)定值則停機(jī)等待液面恢復(fù)后自動(dòng)開機(jī)上行。

2.3 結(jié)構(gòu)改進(jìn)與創(chuàng)新介紹

1）連續(xù)柔性抽油桿創(chuàng)新。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，研制出的能上傳井下壓力等通訊信號(hào)的柔性抽油桿，鍍鋅處理，單根鋼絲的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1 280 MPa，每根鋼絲緊密排列采用塑性壓塑技術(shù)進(jìn)行整體灌注，填滿鋼絲之間的縫隙，同時(shí)外護(hù)套采用鋼絲編網(wǎng)的形式。此鋼纜不僅解決了原有抽油桿的問題，也增加了抗拉強(qiáng)度，使用壽命長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

其材料尺寸和基本性能如表1 所示。

圖3 柔性抽油桿的截面結(jié)構(gòu)

表1 柔性抽油桿材料尺寸和基本性能

由于材料的特殊性，無(wú)法對(duì)其抗拉強(qiáng)度進(jìn)行理論計(jì)算，在實(shí)驗(yàn)室里用拉力機(jī)進(jìn)行多次拉伸試驗(yàn)，迫斷力最小為98.329 kN。

2）排繩機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新。自動(dòng)排繩機(jī)構(gòu)采用滾筒、滾珠花鍵軸、直線電機(jī)結(jié)合的結(jié)構(gòu)，直線電機(jī)推動(dòng)滾筒沿軸向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，抽油桿每纏繞1 圈，直線電機(jī)移動(dòng)1 個(gè)抽油桿直徑的距離，對(duì)于不同直徑的抽油桿，直線電機(jī)移動(dòng)的速度不同。具體計(jì)算公式為

式中：V 為直線電機(jī)速度，m/s；d 為柔性抽油桿外徑，mm；ω 為里巴斯?jié)L筒的角速度，rad/s。

滾珠花鍵軸以滾動(dòng)代替滑動(dòng)，減少了主軸與滾筒的摩擦力，降低了直線低級(jí)的輸出功率，有節(jié)能降耗的效果。自動(dòng)排繩機(jī)構(gòu)省去了附加的排繩小車、排繩支架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，排繩整齊，減少了因排繩紊亂造成抽油桿的擠壓變形。

3）制動(dòng)器創(chuàng)新。擺線針輪減速機(jī)扭矩計(jì)算公式為：

式中，M 為減速機(jī)轉(zhuǎn)矩，P 為電機(jī)功率，i 為減速比，n 為電機(jī)功率輸入轉(zhuǎn)速。

在減速器輸出端安裝電磁抱閘制動(dòng)，電磁抱閘是靠閘瓦的摩擦片制動(dòng)閘輪。電磁離合器是利用動(dòng)、靜摩擦片之間足夠大的摩擦力使電動(dòng)機(jī)斷電后立即制動(dòng)。其制動(dòng)力矩計(jì)算公式為

式中，M高速軸為高速軸轉(zhuǎn)矩，M低速軸為低速軸轉(zhuǎn)矩，i傳動(dòng)比為傳動(dòng)比。

由此可知，電磁抱閘制動(dòng)器很小的制動(dòng)力矩即可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，安全可靠，可有效解決剎車裝置復(fù)雜且機(jī)械振動(dòng)大的問題。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，智能提撈式抽油機(jī)的性能有了明顯的改進(jìn)，提高系統(tǒng)工作效率的同時(shí)也達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，為低產(chǎn)井降低成本提供了一條新途徑，有著廣泛的應(yīng)用前景。但目前智能提撈式抽油機(jī)在我國(guó)仍處在發(fā)展階段，各項(xiàng)技術(shù)還不成熟，仍需要在抽子結(jié)構(gòu)、膠筒材質(zhì)、抽油桿連接、井口密封等方面加強(qiáng)攻關(guān)，力爭(zhēng)在各項(xiàng)技術(shù)方面有新的突破。

［1］王春華，祝立群，張永功，等.新型固定式撈油機(jī)［J］.油氣田地面工程，2007，26（2）：61.

［2］李偉.柔性連續(xù)抽油桿提撈式采油技術(shù)研究［D］.大慶：東北石油大學(xué)，2011.

［3］席明元.智能抽油機(jī)舉升技術(shù)應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2013（7）：103-104.