常規(guī)游梁式抽油機(jī)搖桿平衡裝置

歐陽(yáng)濤

（中國(guó)石化江漢油田分公司江漢采油廠，湖北 潛江433123）

圖1 用扭矩因數(shù)得出的扭矩曲線圖

1 抽油機(jī)井尾平衡節(jié)能原理

1.1 抽油機(jī)尾平衡裝置的節(jié)能原理發(fā)現(xiàn)

20世紀(jì)80年代美國(guó)拉夫金公司通過圖1發(fā)現(xiàn)了上述問題，通過將曲柄平衡重心滯后一個(gè)相位角τ后，發(fā)現(xiàn)最大井載荷扭矩N井max和最大平衡扭矩N平max基本統(tǒng)一在一個(gè)位置，這樣凈齒輪扭矩值大大下降，可使減速器扭矩值下降，電機(jī)功率變小，從而達(dá)到節(jié)電效果。這就是抽油機(jī)尾平衡節(jié)能原理。

1.2 國(guó)內(nèi)抽油機(jī)尾平衡裝置的節(jié)能原理研究

20世紀(jì)90年代末，蘭州石油機(jī)械研究所也做了此類研究（見圖2）。

圖2 示功圖與游梁平衡力矩位置示意圖

由圖2可發(fā)現(xiàn)，光桿負(fù)荷在抽油機(jī)上沖程的前半部分時(shí)最大，這是因?yàn)閼T性載荷附加所引起的。而常規(guī)游梁式抽油機(jī)最大平衡力矩N平max在上沖程中部，兩者相差了一個(gè)相位角τ，故游梁平衡力矩?zé)o法有效平衡光桿負(fù)荷產(chǎn)生的力矩，平衡效果較差。

如果將游梁平衡重心下偏一個(gè)相位角，游梁最大平衡力矩N平max和光桿最大負(fù)荷力矩N井max同時(shí)出現(xiàn)，則可有效地起到消峰作用。這樣抽油機(jī)連桿力下降，曲柄平衡扭矩下降，凈齒輪扭矩下降，電機(jī)功率下降，從而達(dá)到節(jié)能目的。

2 三種抽油機(jī)尾平衡節(jié)能裝置的研究應(yīng)用

基于上述游梁式抽油機(jī)尾平衡的節(jié)能原理，中國(guó)石化江漢油田分公司江漢采油廠（以下簡(jiǎn)稱江漢采油廠）通過十幾年的研究及現(xiàn)場(chǎng)尾平衡裝置的應(yīng)用，逐步摸索出抽油機(jī)井尾平衡裝置的最佳節(jié)能效果。

2.1 抽油機(jī)固定式尾平衡節(jié)能裝置及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

該裝置外形似驢頭（見圖3），安裝于抽油機(jī)游梁尾端，為達(dá)到新的平衡，抽油機(jī)平衡塊還必須內(nèi)調(diào)。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便，在抽油機(jī)動(dòng)力性能方面有很大的改善，承載能力更大，性能更優(yōu)良，運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)，節(jié)能效果顯著，綜合效率更高。

圖3 廣10－3固定式尾平衡節(jié)能裝置

2001年11月15日，江漢采油廠工藝所王迪凱、機(jī)動(dòng)科歐陽(yáng)濤和江漢油田天興實(shí)業(yè)公司合作開發(fā)在廣10－3井安裝使用固定式尾平衡節(jié)能裝置。該井節(jié)電效果約在18%左右，最大電流下降8A左右，證實(shí)起到了電流削峰作用。根據(jù)廣10－3井的應(yīng)用情況，2002年3－4月在廣13－2、廣14－3等10口井的抽油機(jī)上安裝了該裝置，用日產(chǎn)HIOKI3166鉗式電力測(cè)功儀或電表進(jìn)行了相應(yīng)電量參數(shù)的測(cè)量，其綜合節(jié)電率達(dá)到19.79%。這之后又陸續(xù)安裝了59臺(tái)尾平衡節(jié)能裝置，均達(dá)到了預(yù)期的效果。

轉(zhuǎn)身幫泥巴扣好了帶子。左小龍開著摩托車載著她走。當(dāng)時(shí)是春天。是春天的中旬，是一個(gè)獨(dú)立的氣候。陽(yáng)光灑滿，云朵從云朵里穿透過來(lái)，空中的風(fēng)就像是裙子撩動(dòng)的氣流，左小龍默默的載著泥巴到了一個(gè)垃圾站前。他把泥巴放下車，摘掉自己的頭盔，再取下泥巴的頭盔，問：“你是不是言情小說(shuō)看多了？”

2.2 抽油機(jī)可調(diào)式尾平衡節(jié)能裝置及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

由于油井生產(chǎn)參數(shù)及井下地質(zhì)情況發(fā)生了變化，油井的液量及抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)負(fù)荷也發(fā)生了變化，而以前安裝的固定式尾平衡裝置由于重量及相位不能調(diào)整，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)需要，部分的井不但不節(jié)能，反而還耗能。針對(duì)這一新情況，2005年江漢采油廠廣華作業(yè)區(qū)何家鈞、歐陽(yáng)濤等5人與江漢油田祺凌釤石油機(jī)械設(shè)備潛江有限公司合作研制開發(fā)了可調(diào)式尾平衡裝置（見圖4），該裝置安裝在沙27－7井。當(dāng)年，沙27－7井抽油機(jī)節(jié)約電耗、節(jié)約修理費(fèi)和減少易損件損耗等綜合創(chuàng)效在1.7萬(wàn)元左右。2006－2011年，江漢采油廠又在鐘5－22等100口井上陸續(xù)安裝了該裝置。

圖4 可調(diào)式尾平衡節(jié)能裝置

以上兩種即可調(diào)式與固定式尾平衡裝置，均無(wú)法改變尾平衡重作用的力臂，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)最大尾平衡扭矩不足的情況，節(jié)能效果也有待進(jìn)一步的提高。

2.3 抽油機(jī)搖桿平衡節(jié)能裝置及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2012年，江漢采油廠機(jī)動(dòng)科歐陽(yáng)濤與江漢油田天泰機(jī)電設(shè)備潛江有限公司合作開發(fā)了搖桿平衡節(jié)能裝置（見圖5）。

圖5 廣2平2井搖桿平衡節(jié)能裝置

搖桿平衡節(jié)能裝置重心相對(duì)游梁下偏一個(gè)相位角，井載最大載荷產(chǎn)生的力矩與最大游梁平衡力矩同時(shí)發(fā)生；其四連桿機(jī)構(gòu)隨機(jī)改變抽油機(jī)平衡力臂長(zhǎng)度，即上沖程力臂變長(zhǎng)、下沖程力臂變短，使得井載扭矩與平衡扭矩能隨機(jī)平衡，兩者平衡達(dá)到最佳，從而達(dá)到最佳節(jié)能效果；而且其重量也可調(diào)。室內(nèi)試驗(yàn)電表計(jì)量節(jié)能達(dá)45%，現(xiàn)場(chǎng)安裝在廣2平2井。安裝該節(jié)能裝置前，驢頭上行最大電流為98A，下行為52A，電流平衡率為53%；電度表數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)其耗電量約為8.4度／小時(shí)。安裝此變臂搖桿平衡節(jié)能裝置后，在相同運(yùn)行條件下，通過幾次調(diào)整，驢頭上行最大電流為56A，下行為54.3A，電流平衡率為97%，電度表數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)其耗電量約為6.27度／小時(shí)，達(dá)到 了25.3% 的節(jié)電效果（節(jié)電率略低是受三井共用一條生產(chǎn)管線和變頻柜的影響）。

以CYJY14－4.8－73HF抽油機(jī)變臂平衡節(jié)能改造為例，改造后的效果:

1）連桿力降低，與10型機(jī)相當(dāng)；減速器扭矩由73KN.m降至53KN.m。

2）該改造機(jī)在光桿負(fù)荷差小、沖次不大于5次／分時(shí)節(jié)能效果好。一般可達(dá)到25%，最高可達(dá)到45%。

3）因連桿力和減速器扭矩降低，橫梁軸承座、曲柄銷裝置和減速器使用壽命可提高1.8倍［L10h＝（106／60n）x（Cr／P1）10／3］。

4）電動(dòng)機(jī)也可換小兩級(jí)。

2013－2014年上半年江漢采油廠在王72B等30口井的抽油機(jī)上安裝了該裝置，均達(dá)到了預(yù)期的效果。

3 搖桿平衡節(jié)能裝置產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

1）按江漢油田每口井每年平均耗電100 000度計(jì)算，每年每臺(tái)抽油機(jī)可節(jié)電25 000度至45 000度，節(jié)約資金23 000元以上。

2）橫梁軸承座、曲柄銷裝置、減速器因受力減少、壽命提高；減少了燒皮帶次數(shù)；嚴(yán)重不平衡井減少了燒電動(dòng)機(jī)、開關(guān)箱的可能性；據(jù)此減少維護(hù)等費(fèi)用平均每年8 000元以上。

3）減少產(chǎn)量損失:采油時(shí)率提高，每年少停機(jī)26小時(shí)，按江漢油田單井日產(chǎn)3t計(jì)算，每年因此減少損失價(jià)值9 000元。

4）抽油機(jī)平衡指數(shù)提高到85% 以上。

綜合上述計(jì)算，單井年均節(jié)約生產(chǎn)運(yùn)行成本40 000元以上。

4 搖桿平衡節(jié)能裝置使用注意事項(xiàng)

1）抽油機(jī)的沖次不高于5次。當(dāng)沖次＞5次時(shí)，變臂平衡節(jié)能裝置動(dòng)載過大，游梁最大平衡力矩位置很難和光桿負(fù)荷產(chǎn)生的最大扭矩同時(shí)出現(xiàn)，節(jié)能效果不佳。

2）上下沖程中光桿載荷差小于4t。如果超過4t，通過有關(guān)軟件計(jì)算，效果有所下降。

3）不適應(yīng)玻璃桿抽油井。因?yàn)椴ＡU的彈性模量為鋼桿的1／4，玻璃桿抽油井的峰值載荷扭矩沒有規(guī)律可循。

4）不適應(yīng)已進(jìn)行過節(jié)能改造（變頻或平衡改造）的抽油機(jī)上再改造，理由是節(jié)能效果不能疊加。

5 結(jié)論

游梁式抽油機(jī)變臂搖桿平衡節(jié)能裝置結(jié)構(gòu)新穎、實(shí)用、改造容易、原理可行、節(jié)能效果極佳；可滿足油田游梁式抽油機(jī)節(jié)能改造需要，建議油田推廣使用該節(jié)能裝置。目前該項(xiàng)裝置準(zhǔn)備申報(bào)國(guó)家專利。

［1］王鴻勛，張琪，等.采油工藝原理［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1989.

［2］李曉明，等.采油技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1993.