盤(pán)根盒定扭力設(shè)計(jì)及節(jié)能評(píng)價(jià)

孫文濤（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

由于近年來(lái)大量節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用，T油田節(jié)能型控制箱覆蓋率達(dá)95%以上，節(jié)能型電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用率也達(dá)到了90%以上，使用年限10年以上非節(jié)能型電動(dòng)機(jī)僅余367臺(tái)，功率因數(shù)低于0.3的非節(jié)能型控制箱僅有287臺(tái)，擬采取更換節(jié)能設(shè)備的節(jié)能潛力越來(lái)越小[1]；同時(shí)，間抽作為主要節(jié)能手段，前期應(yīng)用中也見(jiàn)到了投入少、效果好、見(jiàn)效快的效果[2]，但在油田上產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的態(tài)勢(shì)下，為保障產(chǎn)量的主動(dòng)，使得近年來(lái)間抽井的執(zhí)行被動(dòng)、滯后，節(jié)電量逐漸被壓縮。

1 節(jié)能工作現(xiàn)狀

統(tǒng)計(jì)5年來(lái)的機(jī)采節(jié)能管理措施工作量，見(jiàn)圖1。節(jié)能管理措施主要以調(diào)參和間抽為主，但這兩類管理措施受到當(dāng)年產(chǎn)量完成情況的制約，在產(chǎn)量被動(dòng)時(shí)只能減少執(zhí)行。

統(tǒng)計(jì)5年來(lái)的節(jié)能技術(shù)措施工作量，見(jiàn)表1。應(yīng)用節(jié)能電動(dòng)機(jī)和應(yīng)用節(jié)能控制箱是技術(shù)措施的最重要組成部分，但是隨著節(jié)能設(shè)備更換力度逐年加大，非節(jié)能設(shè)備可更換的潛力越來(lái)越小，更換重心已從優(yōu)先更換非節(jié)能設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)先更換應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)、節(jié)能效果變差或失效的節(jié)能設(shè)備開(kāi)始轉(zhuǎn)變，致使設(shè)備更新工作的節(jié)電效果呈逐年下滑趨勢(shì)。

圖1 管理措施工作量匯總圖

基于以上考慮，為持續(xù)保證油田節(jié)能效果穩(wěn)中有降的態(tài)勢(shì)，T油田從節(jié)點(diǎn)能耗管控為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行了一些優(yōu)化。本文以盤(pán)根盒能耗管控為例，從定扭力盤(pán)根盒的設(shè)計(jì)出發(fā)，結(jié)合合理盤(pán)根合理松緊度研究，制定了合理的盤(pán)根上緊措施，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

表1 技術(shù)措施工作量匯總 單位：井次

2 盤(pán)根盒定扭力設(shè)計(jì)

盤(pán)根盒安裝于抽油機(jī)井口，采油樹(shù)上端，起到密封作用[3-4]。光桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，與盤(pán)根盒摩擦造成能量損失，研究表明，適當(dāng)?shù)谋P(pán)根松緊度有利于節(jié)約能耗，提高系統(tǒng)效率。本文從盤(pán)根盒定扭力設(shè)計(jì)出發(fā)，通過(guò)設(shè)計(jì)使盤(pán)根能輕易的調(diào)節(jié)到給定的松緊度（以扭矩表示），給出了合理的扭矩調(diào)節(jié)范圍，對(duì)含水高低油井進(jìn)行了節(jié)能試驗(yàn)。

盤(pán)根盒設(shè)計(jì)圖如圖2，抽油機(jī)井定扭矩盤(pán)根盒，主要由盤(pán)根盒本體和扭矩調(diào)整裝置兩大部分組成，通過(guò)在原有盤(pán)根盒的盤(pán)根壓帽（螺紋套）處增加扭矩調(diào)整裝置，實(shí)現(xiàn)定扭力輸出功能。扭矩調(diào)整裝置主要由旋轉(zhuǎn)套、手柄、彈簧和旋塞組成，盤(pán)根盒本體的螺紋套的外壁設(shè)有棘輪，與扭矩調(diào)整裝置的棘齒形成棘輪-棘齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，靠預(yù)設(shè)的彈簧預(yù)緊力固定輸出扭力值，通過(guò)棘輪-棘齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、螺紋套、壓緊套，將旋轉(zhuǎn)扭力轉(zhuǎn)化壓緊盤(pán)根的壓緊力，實(shí)現(xiàn)對(duì)盤(pán)根松緊度的量化調(diào)節(jié)[5]。

圖2 盤(pán)根盒設(shè)計(jì)圖

通過(guò)調(diào)整彈簧對(duì)棘爪的壓力，改變棘輪和棘爪間的摩擦力矩，從而使密封盤(pán)根和抽油桿之間的摩擦力可以定量調(diào)整[5-6]，當(dāng)施加的扭矩小于彈簧的預(yù)設(shè)值時(shí)，棘爪帶動(dòng)棘輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，上緊盤(pán)根；當(dāng)施加的扭矩大于彈簧的預(yù)設(shè)值時(shí)，棘爪將不再帶動(dòng)棘輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)棘輪和棘爪間將產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使密封盤(pán)根不再繼續(xù)被施壓?？梢酝ㄟ^(guò)計(jì)算旋塞每旋轉(zhuǎn)一圈對(duì)彈簧所增加的固定壓力值來(lái)精確設(shè)定盤(pán)根的預(yù)設(shè)壓力?，F(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)不同抽油井的實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整，使每口井的防噴盒的密封效果都能達(dá)到最佳狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能目的[7-8]。

3 合理松緊度研究

為確定盤(pán)根松緊度與抽油機(jī)能耗關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)不同盤(pán)根松緊狀態(tài)下的扭矩和有功功率進(jìn)行了測(cè)試[9-10]。選取4個(gè)采樣點(diǎn)，分別為盤(pán)根夾緊不帶油采樣點(diǎn)1；盤(pán)根最松冒油采樣點(diǎn)2；盤(pán)根輕微漏油采樣點(diǎn)3；盤(pán)根過(guò)緊狀態(tài)采樣點(diǎn)4。試驗(yàn)井為普通盤(pán)根盒，窄V盤(pán)根，扭矩-功率試驗(yàn)曲線圖見(jiàn)圖3。由圖可知，盤(pán)根越緊，扭矩越大、能耗越高；盤(pán)根最松（采樣點(diǎn)2）扭矩最小，此時(shí)能耗也最低。采樣點(diǎn)3（盤(pán)根輕微漏油）附近時(shí)，能保證密封且有功功率較低，認(rèn)為此時(shí)可以兼顧盤(pán)根不漏和取得較好的節(jié)能效果。考慮水驅(qū)和聚驅(qū)在采出液成分的差異性，對(duì)水驅(qū)和聚驅(qū)不同采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的扭矩值進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果（圖4）表明，整體上來(lái)看采樣點(diǎn)扭矩變化一致，但聚驅(qū)井在相同采樣點(diǎn)時(shí)，其盤(pán)根扭矩值要略高于水驅(qū)井。綜上，考慮水驅(qū)井合理扭矩值在（40±5）N·m，而聚驅(qū)為（60±5）N·m。

圖3 扭矩-功率試驗(yàn)曲線圖

圖4 水聚驅(qū)扭矩圖

4 現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用

2019年現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用81口井，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)油井應(yīng)用前后的有功功率進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，根據(jù)不同含水級(jí)別的節(jié)電情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（表2），通過(guò)表2可以看出，單井平均有功節(jié)電率3.30%，效果較好；對(duì)比發(fā)現(xiàn)，含水級(jí)別較高井節(jié)電率高于含水級(jí)別較低井。分析認(rèn)為，油井含水低時(shí)，含油率較高，采出液黏性更好，容易在盤(pán)根處形成油膜，潤(rùn)滑性提高、盤(pán)根不易磨損疲勞，在盤(pán)根松狀態(tài)和緊狀態(tài)下能耗變化較小，因此調(diào)整盤(pán)根后的節(jié)電幅度較?。环粗?，含水較高井盤(pán)根在松-緊兩種狀態(tài)下有功功率變化較大，因此調(diào)整盤(pán)根松緊后的節(jié)電效果更高一些。截止目前，應(yīng)用井累計(jì)節(jié)電8.74×104k Wh，電費(fèi)按0.637 1元/kWh計(jì)算，年節(jié)省費(fèi)用5.57萬(wàn)元。

表2 不同含水級(jí)別節(jié)電情況

5 結(jié)論

1）設(shè)計(jì)了一種定扭力盤(pán)根裝置，靠預(yù)設(shè)的彈簧預(yù)緊力固定輸出扭力值，將旋轉(zhuǎn)扭力轉(zhuǎn)化壓緊盤(pán)根的壓緊力，實(shí)現(xiàn)對(duì)盤(pán)根松緊度的量化調(diào)節(jié)。

2）盤(pán)根松緊與能耗呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，適宜的盤(pán)根松緊有利于降低有功功率；考慮水聚驅(qū)不同，認(rèn)為水驅(qū)井合理扭矩值在（40±5）N·m，聚驅(qū)（60±5） N·m。

3）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，調(diào)盤(pán)根后，含水高低井有功節(jié)電率存在差異，具體表現(xiàn)為含水高井節(jié)電率高于含水較低井，所有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)井平均有功節(jié)電率3.30%。