塔架式抽油機(jī)在冀東油田的應(yīng)用

郭景芳 （中國(guó)石油冀東油田公司）

塔架式抽油機(jī)在冀東油田的應(yīng)用

郭景芳 （中國(guó)石油冀東油田公司）

近年來(lái)，由于冀東油田油井井深增加、開(kāi)采條件變差、土地資源的制約等原因，使游梁式抽油機(jī)在適應(yīng)性方面出現(xiàn)一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)為能耗高、質(zhì)量大，占地面積大，不能滿足大懸點(diǎn)負(fù)荷、長(zhǎng)沖程、低沖速的工況要求等。為解決上述問(wèn)題，自2010年以后開(kāi)始批量使用塔架開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)型無(wú)游梁式抽油機(jī)（以下簡(jiǎn)稱塔架式抽油機(jī)），它占地面積小，適用于井位密集，井場(chǎng)狹小的工況；而其長(zhǎng)沖程、低沖速的特點(diǎn)，可減少桿、管偏磨，延長(zhǎng)桿、管使用壽命。此抽油機(jī)還能夠滿足高負(fù)荷、調(diào)參方便、節(jié)約電能等要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

冀東油田；塔架式抽油機(jī)；結(jié)構(gòu)和原理；節(jié)能；應(yīng)用

引言

冀東油田應(yīng)用無(wú)游梁抽油機(jī)主要基于以下考慮：

1）冀東油田地處曹妃甸區(qū)和渤海灣，土地資源緊張。近年曹妃甸工業(yè)區(qū)的快速發(fā)展，導(dǎo)致征地成本越來(lái)越高；油田周邊的蝦池魚(yú)塘星羅棋布，可供使用的土地面積十分有限；填海造地、造島的開(kāi)發(fā)方式，要求必須高效地使用土地資源，因此要求抽油機(jī)盡量少占用土地。

2）冀東油田油井普遍較深，平均下泵深度大于2000 m，部分油井下泵深度達(dá)2500～2700 m。游梁抽油機(jī)，因其沖程較短，沖程損失相對(duì)較大，導(dǎo)致泵效較低；而高負(fù)荷、長(zhǎng)沖程的游梁抽油機(jī)，其體積龐大、占地大；因此，需要能滿足懸點(diǎn)負(fù)荷大、長(zhǎng)沖程、占地小等要求的新型抽油機(jī)。

3）冀東油田大斜度、大位移井越來(lái)越多，導(dǎo)致桿、管偏磨的矛盾突出，因此希望使用低沖速、長(zhǎng)沖程抽油機(jī)，來(lái)減緩桿、管磨損，延長(zhǎng)檢泵周期。塔架式抽油機(jī)沖速可以低于1 min-1，能較好地滿足此要求。

4）近年來(lái)，油田嚴(yán)格控制人力資源增長(zhǎng)，通過(guò)建設(shè)數(shù)字化油田，改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式，導(dǎo)致設(shè)備操作人員大幅減少，要求抽油機(jī)調(diào)節(jié)沖程、沖速以及平衡調(diào)節(jié)的工作盡可能簡(jiǎn)化，因此傾向于使用數(shù)字控制的抽油機(jī)。

5）越來(lái)越嚴(yán)格的節(jié)能要求，促使油田希望在抽油機(jī)節(jié)能方面取得顯著成效。

塔架式抽油機(jī)能夠較好地滿足上述要求，冀東油田積極探索推廣應(yīng)用該機(jī)型替代游梁式抽油機(jī)的可行性。

1 結(jié)構(gòu)與原理

塔架式抽油機(jī)（圖1）主要由底座、滾筒、減速器、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（SRD）、制動(dòng)器、塔架、前輪、后輪、配重箱、控制柜等組成。

塔架式抽油機(jī)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)電控系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)滾筒正反轉(zhuǎn)動(dòng)，由滾筒纏繞或釋放驅(qū)動(dòng)帶、配重帶以帶動(dòng)光桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾筒纏繞驅(qū)動(dòng)帶，光桿上行，同時(shí)釋放配重帶，配重箱下行；當(dāng)電動(dòng)機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾筒釋放驅(qū)動(dòng)帶，光桿下行，同時(shí)纏繞配重帶，配重箱上行[1]。

塔架式抽油機(jī)配有PLC控制器和文本顯示器，調(diào)參方便，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 節(jié)能機(jī)理

塔架式抽油機(jī)具備的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)，使其具備良好的節(jié)電性能，表現(xiàn)為3個(gè)方面。一是采用天平平衡的方法。理論上配重箱的配重量為抽油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中最大懸點(diǎn)載荷與最小懸點(diǎn)載荷之和的一半。通過(guò)調(diào)節(jié)配重砝碼數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)較高質(zhì)量的平衡，相比游梁式抽油機(jī)，平衡調(diào)節(jié)方便、準(zhǔn)確，電動(dòng)機(jī)輸出扭矩波動(dòng)小，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)工況少，運(yùn)行平穩(wěn)。二是采用開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)（SRD）調(diào)速系統(tǒng)，相比變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，具有良好的節(jié)能效果（圖2）。表現(xiàn)為：電動(dòng)機(jī)空載電流小于額定電流的3%（表1），保證空載和輕載條件下高效率；SRD調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流小，在啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的1.5倍時(shí)，啟動(dòng)電流僅為額定電流30%，保證抽油機(jī)高效啟動(dòng)；轉(zhuǎn)速和負(fù)載轉(zhuǎn)矩在較大范圍變化時(shí)均有很高的效率（表2）；SRD系統(tǒng)具有超強(qiáng)的啟動(dòng)能力和快速響應(yīng)能力，因此，SRD調(diào)速系統(tǒng)非常適合塔架式抽油機(jī)頻繁換向、負(fù)載波動(dòng)大的工況。三是塔架式抽油機(jī)的大懸點(diǎn)負(fù)荷能力，可允許抽油泵下到動(dòng)液面以下更深的位置；低沖速特性可以減少抽油桿柱的動(dòng)載荷，延長(zhǎng)泵的進(jìn)液周期；長(zhǎng)沖程特性可減少抽油泵的沖程損失。以上特性能夠顯著提高泵的充滿度和桿柱的有效沖程，從而提高泵效[2]。

圖1 塔架式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)

表1 SRD與變頻調(diào)速空載電流對(duì)比

表2 SRD與變頻調(diào)速效率對(duì)比

圖2 SRD與變頻調(diào)速空載電流對(duì)比

委托集團(tuán)公司油田節(jié)能監(jiān)測(cè)中心對(duì)冀東油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的塔架式抽油機(jī)與游梁式抽油機(jī)進(jìn)行相同工況對(duì)比測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。更換前，游梁式抽油機(jī)有功單耗為2.27 kWh/t100m，無(wú)功單耗為1.94 kvarh/t100m；更換后，塔架式抽油機(jī)有功單耗為1.84 kWh/t100m，無(wú)功單耗為1.75 kvarh/t100m。對(duì)比測(cè)試證明，塔架式抽油機(jī)綜合節(jié)電率達(dá)到19%。

表3 抽油機(jī)節(jié)能測(cè)試測(cè)算數(shù)據(jù)

3 性能特點(diǎn)

1）配重箱后置。當(dāng)抽油機(jī)工作時(shí)，塔架重心靠近塔架中心，可避免因抽油機(jī)重心靠前造成基礎(chǔ)前端下沉的問(wèn)題；另外，還便于吊裝配重箱和調(diào)整配重作業(yè)。

2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)位于底座上。此特點(diǎn)降低現(xiàn)場(chǎng)組抽難度，方便日常檢查維護(hù)，降低塔架振動(dòng)。

3）采用鋼絲繩芯輸送帶作驅(qū)動(dòng)帶和配重帶，抗拉強(qiáng)度高，抗疲勞，耐磨損，耐腐蝕環(huán)境，使用壽命長(zhǎng)久。表面硫化耐磨織物層，避免橡膠帶相互接觸時(shí)發(fā)生粘連。

4） 調(diào)參方便：控制系統(tǒng)調(diào)參簡(jiǎn)便，數(shù)字顯示，在線調(diào)參，具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，并可將井口參數(shù)、抽油機(jī)參數(shù)上傳至中控室，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。

5）維護(hù)簡(jiǎn)單：驅(qū)動(dòng)組件置于底座上，便于對(duì)電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾筒、聯(lián)軸器、制動(dòng)器和軸承等部件的日常檢查維護(hù)。

6）斷桿保護(hù)功能：光桿斷脫瞬間即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，無(wú)配重箱墜落危險(xiǎn)。

7） 前輪回收方便：修井作業(yè)時(shí)，操作旋鈕驅(qū)動(dòng)電動(dòng)絲杠回收前輪，水平退距超過(guò)800 mm。

8）控制功能完善：采用開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)及配套控制系統(tǒng)，具有過(guò)載保護(hù)、缺相保護(hù)、光桿斷脫后的自動(dòng)制動(dòng)剎車等功能。設(shè)置兩組位置傳感器和行程限位開(kāi)關(guān)，保證在一組出現(xiàn)故障時(shí)，抽油機(jī)仍能可靠運(yùn)行。在電控柜內(nèi)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出接口，為采集抽油機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)提供條件。

4 推廣應(yīng)用

自2010年至今，塔架式抽油機(jī)已在冀東油田應(yīng)用超過(guò)300臺(tái)，遍及陸上和人工島。該抽油機(jī)經(jīng)過(guò)6年現(xiàn)場(chǎng)批量應(yīng)用檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)機(jī)械與電控系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)缺陷和可靠性不高的問(wèn)題。通過(guò)處理存在的問(wèn)題，其可靠性大幅度提高，機(jī)械系統(tǒng)已基本達(dá)到無(wú)故障、長(zhǎng)壽命運(yùn)行，電控系統(tǒng)故障率很低，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行無(wú)影響，產(chǎn)品性能趨于成熟。

應(yīng)用塔架式抽油機(jī)帶來(lái)下述效益：

◇能夠滿足大負(fù)荷、長(zhǎng)沖程、低沖速的性能要求以及海洋大氣環(huán)境要求；

◇調(diào)整沖程、沖速及配重的工作量和成本很低；

◇可靠性較高，檢查維護(hù)方便，易損件少，日常維護(hù)成本較低；

◇顯著減少占地，只相當(dāng)于游梁抽油機(jī)的55%，具有良好的節(jié)能效果；

◇有助于減緩桿、管磨損，延長(zhǎng)檢泵周期；

◇有助于減少安裝與修井作業(yè)工作量。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：塔架式抽油機(jī)占地面積小，適用于井位密集、井場(chǎng)狹小的工況，特別適用于人工島采油作業(yè)；長(zhǎng)沖程、低沖速的特點(diǎn)，可減少桿、管偏磨，延長(zhǎng)桿管使用壽命；沖程、沖速連續(xù)可調(diào)，滿足油田深斜井的生產(chǎn)需求。該抽油機(jī)能夠滿足高負(fù)荷、長(zhǎng)沖程、低沖速、調(diào)參方便、節(jié)約電能、占地小的要求，已成為南堡油田的主力機(jī)型。大負(fù)荷、長(zhǎng)沖程的塔架式抽油機(jī)相比游梁式抽油機(jī)還具有制造成本優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐證明，塔架式抽油機(jī)的可靠性能夠滿足油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)需要，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]馬強(qiáng).塔架式長(zhǎng)沖程抽油機(jī)原理及應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008（1）：80-83.

[2]韓輝.塔架式抽油機(jī)舉升技術(shù)應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2015（12）：22-24.

book=36,ebook=39

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.08.013

2016-04-28

（編輯 李珊梅）

郭景芳，工程師，2004年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）（石油工程專業(yè)），從事油田節(jié)能管理工作，E-mail：gjf@petrochina.com.cn，地址：河北省唐山市路北區(qū)光明西里51#甲區(qū)，063004。