長沖程低耗材新型節(jié)能抽油機(jī)

董德崗 汪坤 曾祥端 馬洋波 韓東穎

摘 要：針對現(xiàn)有長沖程抽油機(jī)沖程有限，體積與質(zhì)量大和造價高等問題，提出了一種可提高沖程，降低抽油機(jī)高度，減小抽油機(jī)體積與質(zhì)量的長沖程低耗材新型節(jié)能抽油機(jī)。這種抽油機(jī)采用一個下特殊懸繩器和一個上懸繩器，三個絞車，通過絞車的交替工作，帶動兩個懸繩器交替工作，來完成光桿的上沖程運(yùn)動和下沖程運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)十米的長沖程；依靠平衡系統(tǒng)的上下直線運(yùn)動實(shí)現(xiàn)運(yùn)動過程中的能量轉(zhuǎn)換。這種抽油機(jī)高度比傳統(tǒng)長沖程抽油機(jī)低一半以上，體積和質(zhì)量更是大大減小，可靠性高、操作、維修方便，造價亦有大幅度下降。

關(guān)鍵詞：長沖程 低耗材 抽油機(jī) 節(jié)能

中圖分類號：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（b）-0052-02

寬帶式、鏈條式、增距式等長沖程抽油機(jī)與常規(guī)游梁式抽油機(jī)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，如效率高，適合深井和稠油井開采[1]。但隨著沖程的增加，抽油機(jī)的體積與質(zhì)量要不斷增加，尤其在整機(jī)高度上的增加更為明顯。抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向著無游梁、低功耗、通用系列化、智能化、高適應(yīng)模塊化方向發(fā)展[2]。針對國內(nèi)油井含水量高，稠油，高凝聚油的開采的需要，以及游梁式抽油機(jī)普遍存在著高能耗、低產(chǎn)出、沖程短等明顯的缺點(diǎn)，在滿足油田采油工藝要求的前提下，設(shè)計了具有結(jié)構(gòu)簡單、沖程長、沖次低、耗材量少、易于操作的長沖程低耗材新型節(jié)能抽油機(jī)。

1 結(jié)構(gòu)組成

長沖程低耗材新型節(jié)能抽油機(jī)主要由電動機(jī)、減速器、塔式機(jī)架、天車、絞車、電磁離合器、懸繩器系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)和智能控制柜等組成?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

（1）電動機(jī)。電機(jī)為正反轉(zhuǎn)電動機(jī)。電動機(jī)換向抽油機(jī)正是以其機(jī)電技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，較好地解決了有桿抽油機(jī)低效、高耗和調(diào)整參數(shù)復(fù)雜的問題[3]。

（2）平衡系統(tǒng)。由配重塊、動滑輪、天車、絞車等組成。

（3）懸繩器系統(tǒng)。由上懸繩器、下特殊懸繩器、滑動導(dǎo)軌、電磁鐵和鎖扣等組成。下特殊懸繩器結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。

（4）動力切換系統(tǒng)。絞車12、絞車13動力軸分別與電磁離合器26、電磁離合器25相連接。通過智能控制柜，控制絞車間的交替工作；絞車11直接連接在切換箱的動力輸入軸24上。動力切換系統(tǒng)俯視簡圖如圖4所示。

2 工作原理

長沖程低耗材新型節(jié)能抽油機(jī)通過智能控制柜給定沖程、沖次等工作制度后，啟動電動機(jī)。一組絞車帶動鋼絲繩，引起上懸繩器牽引光桿上行，上懸繩器達(dá)到指定高部位時，另一組絞車帶動下特殊懸繩器牽引光桿繼續(xù)上行，此時抽油機(jī)為上沖程，平衡系統(tǒng)釋放能量；達(dá)到抽油機(jī)上死點(diǎn)時，電動機(jī)換向，第二組絞車帶動下懸繩器牽引光桿下行，而后，第一組絞車帶動上懸繩器牽引光桿繼續(xù)下行，達(dá)到抽油機(jī)下死點(diǎn)位置。電動機(jī)換向與懸繩器之間的變換由智能控制柜提前設(shè)定，兩組絞車的轉(zhuǎn)換由電磁離合器和智能控制柜共同完成，從而達(dá)到分級分段提升抽油桿的目的。

游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動通常為簡諧運(yùn)動規(guī)律。抽油機(jī)在舉升油柱的過程中，變速運(yùn)動會產(chǎn)生很大的慣性損失，為了克服慣性損失，需要配置較大的功率。長沖程低耗材新型節(jié)能抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動速度平穩(wěn)，沒有波峰，大部時間在額定載荷下運(yùn)行，效率較高。大大減小了慣性損失和功率配置，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)節(jié)能。

3 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱?/p>

3.1 實(shí)驗(yàn)室模型的實(shí)現(xiàn)

抽油機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭饕腔陂L沖程低耗材新型節(jié)能抽油機(jī)的工作原理，模擬了長沖程低耗材新型節(jié)能抽油機(jī)的工作過程，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析抽油機(jī)的相關(guān)參數(shù)。用低轉(zhuǎn)速電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速模擬減速器輸出的轉(zhuǎn)速，簡化抽油機(jī)的動力系統(tǒng)；用小型電磁離合器模擬該抽油機(jī)動力切換系統(tǒng)的電磁離合器；用普通柔性線繩模擬鋼絲繩；用直徑6 mm、長度1 m的光軸模擬抽油機(jī)的光桿。將整個抽油機(jī)按照一定的的比例簡化縮小，以便利于實(shí)驗(yàn)研究。模型如圖5、圖6所示。

3.2 實(shí)驗(yàn)室模型的工作過程

假設(shè)一個沖程的時間為T。t=0時刻，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動絞車，此時，切換箱中電磁離合器25通電，絞車13轉(zhuǎn)動，帶動上懸繩器牽引光桿向上運(yùn)動，配重箱向下運(yùn)動；t=T/4時刻，電磁鐵19通電工作，鎖扣20鎖住光桿，電磁離合器25斷電，絞車13失去動力，停止轉(zhuǎn)動，同時給電磁離合器26通電，絞車12轉(zhuǎn)動，光桿由上懸繩器6提升切換為下特殊懸繩器7提升，配重箱向下運(yùn)動；t=T/2時刻，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，下特殊懸繩器向下運(yùn)動，光桿向下運(yùn)動，配重箱向上運(yùn)動；t=3T/4時刻，電磁離合器19斷電，停止工作，鎖扣松開光桿，切換箱中的電磁離合器26斷電，絞車12失去動力，停止轉(zhuǎn)動。同時電磁離合器25通電，絞車13轉(zhuǎn)動，光桿由下特殊懸繩器7提升切換為上懸繩器6提升，配重箱向上運(yùn)動；t=T時刻，完成一個沖程。

以上運(yùn)動過程充分展現(xiàn)了長沖程低耗材新型節(jié)能抽油機(jī)的運(yùn)動特征，給理論分析提供了依據(jù)。

4 結(jié)語

（1）該長沖程低耗材新型節(jié)能抽油機(jī)，采用分級分段式提升光桿，突破了傳統(tǒng)長沖程抽油機(jī)設(shè)計理念，解決了長沖程與整機(jī)高度之間的矛盾。在降低抽油機(jī)整機(jī)高度與質(zhì)量的同時，增加了抽油機(jī)沖程。適合高含水井，稠油井的開采，抽油效率高，且降低了制造成本。（2）通過智能控制柜控制兩臺電磁離合器的交替工作，實(shí)現(xiàn)了動力在多絞車之間的切換，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動化。（3）將傳統(tǒng)平衡裝置簡化為柔性鋼繩連接的直線平衡裝置，簡化了抽油機(jī)結(jié)構(gòu)，使抽油機(jī)具有動力性能優(yōu)良，承受載荷大等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 路懿.寬帶式長沖程抽油機(jī)的機(jī)械換向裝置[J].石油機(jī)械，1992，20（10）：43-48.

[2] 方仁杰，朱維兵.抽油機(jī)歷史現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析[J].鉆采工藝，2011，34（2）：60-63.

[3] 孫慶紅，溫澤民，王善政，等.電動機(jī)換向智能抽油機(jī)應(yīng)用與分析[J].石油機(jī)械，2002，30（5）：25-27.