齒條式抽油機(jī)在油田試驗(yàn)效果研究

張波 李文平 張楠（中國石油長慶油田第一采油廠）

目前石油現(xiàn)場大量應(yīng)用的抽油設(shè)備是眾所周知的游梁式抽油機(jī)，這種抽油機(jī)存在著能量傳遞效率低、電動機(jī)能量利用率低、沖程不能大幅度提高等缺點(diǎn)或不足。在同等懸點(diǎn)載荷、減速器扭矩的情況下，沖程長的抽油機(jī)造價(jià)要高。根據(jù)油井產(chǎn)液量大小、動液面深淺、含水率及原油黏度大小等因素統(tǒng)籌考慮。小泵、深抽要考慮抽油機(jī)額定懸點(diǎn)載荷的滿足。油田現(xiàn)場開展在152-20油井試驗(yàn)安裝了長環(huán)形齒條抽油機(jī)（簡稱齒條機(jī)），通過針對設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理以及現(xiàn)場生產(chǎn)工況分析，并與同型號普通游梁式抽油機(jī)的節(jié)能測試對比，計(jì)算了現(xiàn)場齒條抽油機(jī)的實(shí)際節(jié)能效果。

1 設(shè)備構(gòu)造及傳動原理

1.1 設(shè)備構(gòu)造

齒條式抽油機(jī)[1]基本結(jié)構(gòu)是包括傳動部分、換向部分、剎車部分、機(jī)架部分、懸掛部分。傳動部分在機(jī)架下半部，換向部分在機(jī)架內(nèi)部，懸掛部分在機(jī)架頂部，剎車部分在機(jī)架下半部的環(huán)形齒條式抽油機(jī)。其傳動部分的輸入軸上設(shè)有鏈輪、鏈輪箱體、鏈輪箱體內(nèi)部裝置有鏈輪、鏈條、上部的傳動軸上裝置有鏈輪、扶正輪、軌跡齒輪、導(dǎo)向輪，其傳動部分的輸入軸上設(shè)有鏈輪、鏈輪箱，鏈輪現(xiàn)內(nèi)裝置有鏈輪、鏈條、鏈輪，鏈輪箱上部的傳動軸有鏈輪，齒輪與齒條相嚙合，齒條裝置在換向架的內(nèi)部。換向架的兩側(cè)裝置有滑座.換向架的頂部連接負(fù)載膠帶，下端連接懸掛器，滾筒固定在機(jī)架頂部，軌跡齒輪與齒條相嚙合。具體構(gòu)造圖見圖1。

圖1 齒條抽油機(jī)構(gòu)造

1.2 工作原理

環(huán)形齒條[2]固定在平衡塊上，電動機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)經(jīng)過皮帶傳動到減速器，減速器輸出軸端裝有小齒輪和導(dǎo)向輪，小齒輪轉(zhuǎn)動的同時可以和減速器、導(dǎo)向輪在水平軌道內(nèi)沿水平方向平動，在導(dǎo)向輪的導(dǎo)向作用下，小齒輪和環(huán)形齒條始終保持良好嚙合。

電動機(jī)低速轉(zhuǎn)動時小皮帶輪帶動大皮帶輪帶動驅(qū)動傳動輪，帶動曳引帶和光桿實(shí)現(xiàn)抽油，傳動效率高，整個沖程運(yùn)動平穩(wěn)、動載荷及慣性載荷小。其工作主結(jié)構(gòu)中沒有傳動皮帶、減速機(jī)等機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，其功能部件由安裝在頂端的電動機(jī)組成，在電動機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有分別掛懸點(diǎn)載荷和平衡重的皮帶，依靠換向開關(guān)和變頻控制器實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速，以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的功能。齒條抽油機(jī)[3]由于簡化掉了其它抽油機(jī)所用的機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，使它自身具備了高效率的基礎(chǔ)條件，傳動鏈短，能較好地利用平衡重的平衡功能，有利于自身節(jié)能，同時具有長沖程有利于減小相對沖程損失而提高泵效。

1.3 特點(diǎn)評價(jià)

齒條抽油機(jī)承受的懸點(diǎn)載荷和載荷差幅度小[4]，可降低抽油機(jī)的裝機(jī)容量，延長抽油機(jī)的使用壽命。抽油桿承受的最大載荷和交變載荷降低，可降低抽油桿的彈性變形量，增加抽油泵柱塞的有效行程，提高泵效。齒條抽油機(jī)抽油桿[5]承受的最大載荷和交變載荷降低，使得抽油桿承受的應(yīng)力和應(yīng)力幅值降低，可延長抽油桿的使用壽命。

2 現(xiàn)場節(jié)能測試

現(xiàn)場開展針對齒條機(jī)和普通游梁式抽油機(jī)的測試對比試驗(yàn)，通過重點(diǎn)分析齒條機(jī)電力波動曲線和電能參數(shù)統(tǒng)計(jì)，得到相關(guān)測試參數(shù)的對比詳細(xì)結(jié)果，分別見圖2，圖3，表1。

圖2 電能參數(shù)測試曲線

圖3 152-20井電能參數(shù)統(tǒng)計(jì)

表1 參數(shù)測試對比結(jié)果

3 測試效果分析

3.1 節(jié)能率計(jì)算

取值按SY/T 6422—20167的規(guī)定執(zhí)行。當(dāng)電網(wǎng)采取無功補(bǔ)償時，應(yīng)從補(bǔ)償端計(jì)算電動機(jī)的電源變壓次數(shù)。在油田抽油機(jī)電動機(jī)都在3次變壓以后，取0.09。選取在有效功率相同情況下，用輸入功率與輸出功率的不同值進(jìn)行計(jì)算。見表2。

3.2 齒條機(jī)平衡效果分析

該齒條機(jī)現(xiàn)場安裝了132個平均重量為0.1 kN的平衡塊，總重量為9.6 kN；日耗電54.1 kWh，上電流8.4 A，下電流6.7 A，功率平衡度0.88，均方根電流7.05 A，圖4中曲線也對應(yīng)表明該齒條機(jī)滿足平衡要求。

圖4 平衡效果分析

4 結(jié)論

1）齒條抽油機(jī)抽油過程中上下沖程在換向期間才有短時間的加減速度，因而其動載較小，對應(yīng)的電流基本上是一條直線，表明工作狀態(tài)平穩(wěn)，具有良好的工作穩(wěn)定性能。

表2 節(jié)能測試對比結(jié)果

2）齒條機(jī)由于主要工作部分采用齒輪配合齒條機(jī)構(gòu)，使抽油機(jī)自身重量得到了減少，減少了抽油機(jī)的鋼材用量，同時也把游梁抽油機(jī)的可靠性簡化了。實(shí)現(xiàn)同等沖程長度時，該機(jī)自身高度大大減小，提高了裝機(jī)的穩(wěn)定性，提高了抽油機(jī)的安全性。

3）齒條機(jī)有限度的改變最大、最小載荷的峰值，提高三抽工藝的適應(yīng)性，延長檢泵周期，齒輪傳動本身比其他運(yùn)動機(jī)構(gòu)具有較高的傳動比，結(jié)構(gòu)簡單縮短傳動鏈，提高了傳動效率，同時減少作用于軸上轉(zhuǎn)矩和變化幅度，減少電動機(jī)功率，達(dá)到比同型普通游梁抽油機(jī)節(jié)能的效果。