獨(dú)立平衡一站多井液壓舉升系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

王立杰

（吉林油田公司油氣工程研究院 吉林松原 138000）

液壓抽油機(jī)是近年來國(guó)內(nèi)外石油行業(yè)都在努力發(fā)展的長(zhǎng)沖程、大載荷的無游梁式抽油機(jī)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、一次性投資成本低。國(guó)外液壓抽油機(jī)發(fā)展相對(duì)較為成熟，并得到了油田生產(chǎn)的廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)20世紀(jì)80年代有過研究，并進(jìn)行了零星試驗(yàn)，但總體不成規(guī)模，發(fā)展緩慢。直到2014年吉林油田開展研制工作，目前形成了較為成熟的繩輪式和直連式“U型平衡一拖二”液壓抽油機(jī)技術(shù)。但是，“U型平衡一拖二”液壓舉升系統(tǒng)存在一個(gè)問題，就是要求兩口井必須在同一個(gè)沖次下生產(chǎn)且兩口井互為平衡，否則會(huì)出現(xiàn)能耗高、噪聲大的情況，針對(duì)這個(gè)問題吉林油田又研發(fā)了“獨(dú)立平衡一站多井”液壓舉升系統(tǒng)，通過一臺(tái)液壓站拖動(dòng)多口油井，且每口井互不干擾、獨(dú)立生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了“一站雙井”、“一站四井”舉升。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1“獨(dú)立平衡一拖二”液壓系統(tǒng)原理圖

“獨(dú)立平衡一站多井”液壓舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心是利用蓄能器進(jìn)行配重，并且儲(chǔ)存下沖程時(shí)的重力勢(shì)能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)油路組件，一個(gè)為液壓驅(qū)動(dòng)油路組件，一個(gè)為液壓補(bǔ)油平衡油路組件。原理如圖1：1-主泵1；2-主泵2；3-溢流閥；4-壓力傳感器；5-單向閥；6-壓力表；7-蓄能器；8-補(bǔ)油泵；9-單向閥；10-壓力傳感器；11-溢流閥；12-電磁換向閥；13-液控單向閥；14-壓力表；15-單向節(jié)流閥；16-蓄能器組；17-電磁換向閥；18-單向節(jié)流閥；19-壓力傳感器；20-壓力傳感器；21-單向節(jié)流閥；22-液壓缸；23-截止閥。

液壓驅(qū)動(dòng)油路組件主要包括主泵1、2，單向閥5，蓄能器7及泵出口到主機(jī)液壓缸上腔室的主管線，其中油箱與主泵吸油口相連，主泵排油口經(jīng)過單向閥、溢流閥、蓄能器與泵出口總管線相連；液壓補(bǔ)油平衡油路組件主要包括補(bǔ)油泵8，電磁換向閥12，單向閥13，蓄能器組16及補(bǔ)油泵出口主機(jī)液壓缸下腔室的平衡總管線，其中補(bǔ)油泵排油口經(jīng)過液控單向閥、溢流閥與電磁換向閥的P口相連，電磁換向閥的T口經(jīng)過管路回油箱并與回油總管線相連。電磁換向閥的A口與液控單向閥控制口相連，電磁換向閥的B口經(jīng)過液控單向閥、單向節(jié)流閥、蓄能器組與平衡總管線相連，單向閥出口處接有壓力傳感器，液控單向閥出口接有壓力表。

2 工作原理

工作前首先向油箱注油，當(dāng)液位液溫計(jì)顯示油箱液面高于下限值、低于上限值時(shí)停止注油。啟動(dòng)主泵，主泵從油箱吸入液壓油，然后排入主機(jī)上腔，推動(dòng)主機(jī)下行，主機(jī)下腔液壓油進(jìn)入蓄能器蓄油路平衡管線，蓄能器儲(chǔ)能，主機(jī)到達(dá)下?lián)Q向點(diǎn)換向，主機(jī)上腔液壓油回油油箱。蓄能器蓄油路液壓油進(jìn)入主機(jī)下腔，蓄能器釋能，推動(dòng)主機(jī)活塞和桿上行，主機(jī)到達(dá)上換向點(diǎn)換向，主機(jī)重新開始下行，依此不斷往復(fù)運(yùn)行。各個(gè)部件配合控制系統(tǒng)將液壓驅(qū)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為井下抽油泵的上下往復(fù)動(dòng)力。通過沖程控制器來改變換向信號(hào)，分級(jí)調(diào)整抽油機(jī)的沖程；通過調(diào)節(jié)變量液壓泵的流量大小，任意調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖次。方便快捷地調(diào)節(jié)抽油機(jī)的工作參數(shù)，適應(yīng)不同油井的調(diào)參要求。

每臺(tái)主機(jī)液壓缸上腔室由液壓主泵泵入高壓液壓油，推動(dòng)主機(jī)下行。主機(jī)下行回路上的蓄能器，與主機(jī)液壓缸下腔相連，下行主機(jī)釋放出的重力勢(shì)能存儲(chǔ)在蓄能器平衡回路上，當(dāng)主機(jī)上行時(shí)，存儲(chǔ)在蓄能器平衡回路上的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為液壓能，與補(bǔ)液油路補(bǔ)充部分的液壓能一同供給上行主機(jī)，即下沖程時(shí)，將抽油桿下落釋放出的重力勢(shì)能和液壓站供給的液壓能合并，經(jīng)下行主機(jī)活塞通過液壓管路傳遞給上行主機(jī)活塞，轉(zhuǎn)化為上行主機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)能量，從而帶動(dòng)上行主機(jī)舉升懸點(diǎn)載荷，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）一臺(tái)液壓站可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)多臺(tái)主機(jī)，且每口井是獨(dú)立的生產(chǎn)制度。

（2）一臺(tái)主機(jī)檢修停機(jī)時(shí)，其他主機(jī)可正常工作。

（3）主機(jī)下行排出的液壓油不排回油箱，直接供給蓄能器組，為主機(jī)上行時(shí)提供動(dòng)力，節(jié)約能源；。

（4）運(yùn)行回路中缺油時(shí)補(bǔ)油泵可從油箱自動(dòng)補(bǔ)充。

（5）主泵與補(bǔ)油泵排油口設(shè)有壓力傳感器，系統(tǒng)超壓時(shí)可自動(dòng)停機(jī)保護(hù)；油箱上設(shè)有溫度變送器，液壓油超溫時(shí)可自動(dòng)停機(jī)保護(hù)；油箱上設(shè)有液位傳感器，油箱缺油時(shí)可自動(dòng)停機(jī)保護(hù)。

表1 “獨(dú)立平衡一站多井”液壓舉升系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)芎那闆r表

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)開展了“獨(dú)立平衡一拖二”及 “獨(dú)立平衡一拖四”兩套八型機(jī)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明“獨(dú)立平衡一拖多”液壓舉升系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)每口井以獨(dú)立的生產(chǎn)參數(shù)運(yùn)行，互不干擾，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。通過能耗跟蹤測(cè)試，結(jié)果如表1：“獨(dú)立平衡一拖四”平均單井能耗60.92kW/h，“獨(dú)立平衡一拖二”平均單井能耗60.92kW/h，而常規(guī)八型抽油機(jī)同一工作制度日耗電約80kW/h， 該系統(tǒng)具有一定的節(jié)能效果。

5 結(jié)論

“獨(dú)立平衡一拖多”液壓舉升系統(tǒng)，解決了“U型平衡一拖二”液壓舉升系統(tǒng)限制兩口井同一沖次運(yùn)行的問題，擴(kuò)大了液壓抽油機(jī)的應(yīng)用范圍?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)運(yùn)行穩(wěn)定、效果好，該技術(shù)為平臺(tái)井舉升提供了有效的技術(shù)方案。