塔架式一機(jī)雙井抽油機(jī)研制

邢延方　彭章建　王德威

抽油機(jī)年耗電量占油田總耗電量的20%～30%。目前大慶油田在用抽油機(jī)井4萬(wàn)多口，其中游梁式抽油機(jī)占80%以上，游梁式抽油機(jī)由于其四連桿機(jī)構(gòu)的限制，存在能耗高、效率低、調(diào)整參數(shù)復(fù)雜等缺點(diǎn)。為了增加原油產(chǎn)量，油田大量開(kāi)發(fā)叢式井，叢式井抽油技術(shù)已經(jīng)成為陸地油田、海上油田經(jīng)濟(jì)性開(kāi)發(fā)的主要技術(shù)之一。叢式井之間的距離一般幾米到十幾米，采用普通游梁式抽油機(jī)采油效率低成本高。針對(duì)叢式井井距小的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外許多專家提出一機(jī)雙采、一機(jī)多采的理念，形成了多種抽油機(jī)設(shè)計(jì)方案及專利。但由于對(duì)井距要求高、適用性差，成本較高，故障率高等原因，未能進(jìn)行大批量推廣。因此，需要對(duì)一機(jī)雙井采油技術(shù)進(jìn)行深入的研究，形成市場(chǎng)接受的產(chǎn)品，滿足油田節(jié)能發(fā)展的需要。針對(duì)上述問(wèn)題，本文研究設(shè)計(jì)了能夠適用一定井距范圍，實(shí)現(xiàn)雙井不同運(yùn)行參數(shù)的塔架式一機(jī)雙井抽油機(jī)，實(shí)現(xiàn)精確平衡，實(shí)現(xiàn)雙井運(yùn)行及單井運(yùn)行（單井作業(yè)）采油，提高整機(jī)的可靠性、安全性以及智能化操作，并取得較好的節(jié)能效果。

1、結(jié)構(gòu)及工作原理

塔架式一機(jī)雙井抽油機(jī)是按照“一機(jī)雙井”、“互動(dòng)自平衡”的設(shè)計(jì)理念，充分利用叢式井上下懸點(diǎn)載荷交替變化，實(shí)現(xiàn)互動(dòng)自平衡抽油。一機(jī)雙井抽油機(jī)整體結(jié)構(gòu)為塔架式，工作原理：通過(guò)控制柜控制調(diào)速換向電動(dòng)機(jī)，通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)動(dòng)力軸，帶動(dòng)動(dòng)力軸上的一號(hào)井滾筒、二號(hào)井滾筒、平衡輪旋轉(zhuǎn)；纏繞在滾筒上的鋼絲繩通過(guò)導(dǎo)向輪帶動(dòng)兩口油井的光桿交替上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一號(hào)井抽油時(shí)二號(hào)井吸油，換向后二號(hào)井抽油時(shí)一號(hào)井吸油，平衡輪通過(guò)鋼絲繩帶動(dòng)配重箱實(shí)現(xiàn)精確平衡?；A(chǔ)采用滑槽壓杠結(jié)構(gòu)，大大地降低了安裝難度和精度。

2、技術(shù)創(chuàng)新

2.1模擬工況分析

由于相鄰兩口油井井況差異，塔架式抽油機(jī)各結(jié)構(gòu)件受力狀況比較復(fù)雜。編程受力分析計(jì)算軟件，對(duì)雙井抽油機(jī)進(jìn)行模擬工況分析。

2.2可調(diào)式組合支撐臂設(shè)計(jì)

水平支撐臂后端固定，前端安裝導(dǎo)向輪（位于井口上方）。油井作業(yè)前，將水平支撐臂側(cè)轉(zhuǎn)，讓出足夠的作業(yè)空間；完成油井作業(yè)后，將水平支撐臂轉(zhuǎn)動(dòng)到工作位置，支撐臂實(shí)現(xiàn)作業(yè)快速讓位和復(fù)位。（見(jiàn)圖3）

斜支撐臂上端與水平支撐臂鉸接，下端與支架鉸接。承載力主要作用到支架上，改善了整體受力狀況，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)小、工作可靠。安裝時(shí)，水平支撐臂可以沿著導(dǎo)軌進(jìn)行橫向、縱向調(diào)節(jié)，斜支撐臂的長(zhǎng)度可以調(diào)整，現(xiàn)場(chǎng)安裝方便、對(duì)中準(zhǔn)確，適應(yīng)井距范圍大。由于常規(guī)游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)較大，安裝時(shí)井口對(duì)正調(diào)整難度大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。雙井機(jī)在設(shè)計(jì)中采用雙側(cè)絲杠拉動(dòng)井口上方導(dǎo)向輪進(jìn)行側(cè)轉(zhuǎn)調(diào)整縱向井口對(duì)正，導(dǎo)向輪通過(guò)頂絲進(jìn)行橫向井口對(duì)正調(diào)整，保證井口對(duì)正精度。

2.3可調(diào)節(jié)式配重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

可調(diào)節(jié)式配重分為主配重和副配重兩部分，通過(guò)在主配重中加減重物，獲得不同的配重，實(shí)現(xiàn)精確平衡。雙井工作時(shí)只采用主配重；單井工作時(shí)，將主、副配重連接在一起，能夠獲得更大的平衡力。（見(jiàn)圖4）

2.4變沖程襯套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了滿足驅(qū)動(dòng)相鄰兩口井的不同產(chǎn)量需要，在滾筒上安裝變沖程襯套，由于沖程與驅(qū)動(dòng)滾筒的直徑成正比，通過(guò)改變滾筒直徑，實(shí)現(xiàn)兩口油井不同沖程運(yùn)行。本文所設(shè)計(jì)的變沖程襯套為兩個(gè)半圓環(huán)結(jié)構(gòu)，采用尼龍材料。（見(jiàn)圖5）

變沖程襯套具有重量輕、強(qiáng)度高、自潤(rùn)滑性好、耐磨、防腐，絕緣、易加工、拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

3、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

完成的技術(shù)指標(biāo)（1）抽油機(jī)額定懸點(diǎn)載荷：60kN；（2）沖次：0-5次/min-1無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；（3）沖程：2；2.5；3m；（4）適用雙井間距：6.5-9.5m。根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，噸液耗電量由57.13kw·h/t降低到22.24kw·h/t，節(jié)電率為60%，雙井年節(jié)電5萬(wàn)度。同時(shí)，配套基礎(chǔ)體積由18.1m3減小到10.98m3，降低抽油機(jī)基礎(chǔ)制作費(fèi)用及安裝費(fèi)用6萬(wàn)元，基礎(chǔ)單項(xiàng)節(jié)省費(fèi)用40%。一機(jī)雙井抽油機(jī)于2011年11月在大慶油田第七采油廠敖包塔作業(yè)區(qū)投入使用，目前已應(yīng)用11臺(tái)套，設(shè)備運(yùn)行安全可靠。

4、結(jié)論

（1）本文提供了解決叢式井采油的一種新型抽油機(jī)。采用新型結(jié)構(gòu)解決傳統(tǒng)抽油機(jī)調(diào)參復(fù)雜、能耗高，效率低的問(wèn)題。通過(guò)遙控器可在150米范圍內(nèi)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整操作，與游梁式抽油機(jī)相比，沖程、沖次可調(diào)，電機(jī)變頻，操作方便，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。一機(jī)雙井抽油機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，運(yùn)行效果良好，工作可靠。（2）本文設(shè)計(jì)塔架式一機(jī)雙井抽油機(jī)節(jié)能效果顯著，節(jié)電率約為60%。與傳統(tǒng)單井抽油機(jī)相比，節(jié)省了一臺(tái)抽油機(jī)及配套基礎(chǔ)，大大減少設(shè)備的原始投入，使用和維修費(fèi)用也大幅降低。根據(jù)一機(jī)雙井抽油機(jī)機(jī)型設(shè)計(jì)方案進(jìn)行系列開(kāi)發(fā)后，將有更加廣闊的應(yīng)用前景。（3）智能化程度高，控制系統(tǒng)實(shí)施全程自動(dòng)控制，電機(jī)軟起動(dòng)，具有超載、欠載（失載）、過(guò)熱、缺相、短路保護(hù)，故障自動(dòng)記憶等功能；光桿的上、下行速度也可分別調(diào)整。控制系統(tǒng)還具有定期自檢、自診斷、自動(dòng)排除故障等功能；（4）通過(guò)軟件分析改進(jìn)設(shè)計(jì)，增加控制單元可以進(jìn)一步提高一機(jī)雙井抽油機(jī)工作效率，改善節(jié)能效果。

作者簡(jiǎn)介

姓名：邢延方，職務(wù)：主任.出生年份：1969.09，職稱：高級(jí)工程師.畢業(yè)院校：大慶石油學(xué)院，畢業(yè)專業(yè)：礦業(yè)機(jī)械.工作單位：大慶油田有限責(zé)任公司裝備制造集團(tuán)抽油機(jī)制造分公司技術(shù)中心.研究方向：石油機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)與制造.主要科技成果：低沖次抽油機(jī)黑龍江省機(jī)械工業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)，科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng).

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