一種新型旋轉懸繩器的研發(fā)及應用
——以X區(qū)塊為例

張 璐，胡楊曼曼，沈產(chǎn)量，屈文強，薛小寶，王志坤.

(延長油田股份有限公司杏子川采油廠，陜西延安 717400)

在常規(guī)的機械采油過程中，由于井筒的彎曲、抽油機安裝及抽油桿懸掛裝置的誤差等原因，造成了抽油桿在做往復運動時與油管、井口、抽油盤根盒等裝置產(chǎn)生摩擦，造成了抽油桿的偏磨、振動、脫扣，以至于會直接影響抽油機的正常工作和采油生產(chǎn)[1-2]。目前油井常規(guī)的桿柱防偏磨技術效果并不太好，因此，在實際生產(chǎn)中需要一種新的工藝技術來解決桿柱偏磨的實際問題。

通過對目前偏磨情況的研究分析，研制的旋轉懸繩器技術采用均勻磨損原理，從而達到防偏磨的作用[3-4]。通過旋轉懸繩器的技術應用，可有效預防抽油桿偏磨與脫扣，減少振動，延長抽油桿的使用壽命，保證油井正常生產(chǎn)，提高機采效率[5]。

1 區(qū)塊簡介

X區(qū)塊開采層位主要為三疊系長4+5、長61、長62。泵掛深度為1 500～1 650 m。由于抽油桿偏磨、振動、脫扣，油井斷桿率居高不下，油井檢泵周期較短，嚴重影響油田的正常生產(chǎn)。

X區(qū)塊有52口油井在生產(chǎn)過程中存在問題，其中，抽油機減速箱存在串軸現(xiàn)象、振動較大的井29口， 井筒偏磨嚴重、油桿易脫扣、斷桿的井23口。

2 懸繩器工作原理

2.1 基本原理

自旋式多功能懸繩器，在蝸輪箱內設計有蝸輪軸和蝸桿，并通過軸承固定。蝸桿上有一大一小的兩個棘輪，而蝸輪軸設計為中空。在設備工作時，兩個棘輪向同一方向偏轉，大棘輪推動蝸桿做旋轉運動，小棘輪則阻止蝸桿往回轉。

在上沖程時，為了防止光桿倒轉，由逆轉機構鎖死旋轉裝置；在下沖程時，驢頭上的拉繩拉動自動復位桿，使得外置輪旋轉，同時，逆轉機構可自動旋轉一定角度，并在預定位置鎖死旋轉裝置。通過這樣的運行模式，達到設備合理分配能量、抽油桿旋轉的目的。如此反復，采用均勻磨損原理達到防偏磨作用，可保證抽油桿平穩(wěn)運行，從而可改善偏磨狀況，減少脫扣和斷桿[6-10]。

懸繩器有轉速調節(jié)機構，故可根據(jù)不同油井工況要求對轉速進行調整，能有效吸收能量；反之則將能量釋放出來，可有效消除沖擊性振動，減少損害。同時，它結構緊湊，體積小，重量輕，便于安裝、拆卸、調整。

2.2 指標參數(shù)及適用條件

依據(jù)油田的技術要求，參考本區(qū)塊油井的抽油機型號設計主要指標，指標參數(shù)見表1。

表1 指標參數(shù)表Table 1 The table of indicators parameter

自旋式多功能懸繩器通過自身結構作用能利用抽油機上下沖程時，使抽油桿緩慢自動旋轉，有效減緩偏磨井管、桿偏磨的危害，防止生產(chǎn)過程中意外事故的發(fā)生，延長設備的使用壽命和檢修周期，提高抽油機井生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益，適用于所有實心桿抽油機井使用。

3 現(xiàn)場應用及評價

3.1 選井原則及現(xiàn)場實施方法

針對X區(qū)塊在實際生產(chǎn)過程中，抽油桿在做往復運動時與油管、井口、抽油盤根盒等裝置產(chǎn)生摩擦造成抽油桿的偏磨、振動、脫扣、卡泵等現(xiàn)象時有發(fā)生[11]，選取52口井，安裝旋轉懸繩器。

安裝前，目測鋼絲繩的長短，以防止安裝旋轉懸繩器后上邊碰到驢頭，或者下邊碰到井口。觀察光桿是否彎曲過大，影響旋轉懸繩器從光桿上邊往下套，或者安裝旋轉懸繩器后，光桿旋轉時會被驢頭或鋼絲繩絆住，影響旋轉懸繩器工作。如在3型-5型抽油機上安裝3型-5型抽油機，由于驢頭窄，兩根懸繩距離太近，需使用圓形抽油桿卡子。確認無以上問題，可準備安裝，按常規(guī)停機卸負荷[12-14]。

停機后，將驢頭置于靠近下止點處。在光桿上靠近井口處安裝方卡子，卸掉負荷并取下懸繩器上方的方卡子，去掉懸繩器，清理光桿。用吊裝器將抽油機懸繩器吊起，讓光桿穿過抽油機懸繩器。將懸繩器端頭安裝在抽油機懸繩器的懸繩定位穴內，并緊固限位螺絲。

在抽油機懸繩器上端的光桿上安裝方卡子并吃上負荷。將拉繩一端固定在懸繩器自動復位桿上，另一端固定在抽油機的驢頭上。檢查，適當調整，使拉繩松緊適當及抽油機懸繩器無傾斜、無偏離中心。松開剎車，卸掉井口處的方卡子，開機。檢查拉繩松緊是否合適，有無磨、壓拉繩現(xiàn)象，抽油機是否旋轉，有問題應立即整改。

如油井負荷超過8T，需使用Ⅱ型旋轉懸繩器，在旋轉懸繩器吃負荷后，要將底部的調整螺母向下倒，直到倒不動為止。檢查各部位安裝牢固后，重新啟動抽油機，觀察無異常即可[15-18]。

3.2 應用效果評價

對油井安裝旋轉懸繩器，跟蹤試驗并進行性能評價。

3.2.1 性能評價指標

負載：5～16 t；疲勞次數(shù)：≥500萬次。

3.2.2 性能評價方法

(1)負載測試：通過對儲能器加載16 t載荷，得出儲能器在不同時間節(jié)點下的變形量；通過對儲能器勻速加載到20 t，得出儲能器加載過程中的變形量[19-20]。

具體方式：測試時利用液壓式壓力測試機加載，將儲能器放在工作臺底座上，上壓板勻速向下對儲能器施加載荷，變形量由3個互成120°角的電阻位移傳感器測量。

(2)疲勞測試：利用測試機對儲能器做斷裂和因松弛喪失規(guī)定功能兩種狀況下的疲勞測試，兩種狀況下共同達到的最大循環(huán)次數(shù)為儲能器的疲勞壽命。

具體方式：測試機上對10個儲能器進行疲勞測試，加載頻率為每分鐘300次，工作載荷按16 t進行。

3.2.3 性能評價結果

(1)負載測試。

對10個儲能器進行測試，可得對應于各個載荷的變形值，加載過程的變形值(10個儲能器測試結果平均值)見表2，16 t時不同時間下的變形值(10個儲能器測試結果平均值)見表3，整個測試過程的載荷—變形曲線如圖1所示。

表3 16 t時不同時間下的變形值Table 3 Deformation value at different time at 16 t

表2 加載過程的變形值Table 2 Deformation value during loading

由載荷為16 t時不同時間下儲能器的變形值可以看出，儲能器在長時間承受大載荷狀況下其力學性能穩(wěn)定。

由載荷—變形曲線可以看出，當載荷小于16 t時，曲線近似于線性，當載荷大于16 t時，變形迅速增大，說明儲能器正常工況下最大可以承載16 t的載荷。

(2)通過對10個儲能器進行測試，儲能器至失效時循環(huán)次數(shù)平均值為5.27×106次，其中最大值為5.03×106次，表明其疲勞次數(shù)大于5.0×106次。

3.2.4 結果

對X區(qū)塊振動較大、光桿斷桿、偏磨嚴重和油桿易脫扣的52口井安裝旋轉懸繩器，油井通過一段時間的運行，其間無任何故障出現(xiàn)。總體上能達到振動降低、偏磨減少的效果，并保證油井運行正常。典型井的統(tǒng)計結果見表4。

表4 典型井實施效果統(tǒng)計Table 4 Implementation effect statistics of typical wells

3.2.5 預期經(jīng)濟效益和社會效益評價

(1)預期經(jīng)濟效益。

單井經(jīng)濟效益：應用旋轉懸繩器后，平均檢泵周期延長60 d。免修期延長一倍，相當于避免了一次檢泵作業(yè)。單井平均投入檢泵費用(含桿管投入費用)按6萬元計算，檢泵期間平均停產(chǎn)5 d，平均日產(chǎn)2 t/d，原油價格按0.3萬元/t計算，則減少停產(chǎn)損失為：2×5×0.3=3萬元。兩項合計挽回經(jīng)濟損失約9萬元。

預計52口井，總體創(chuàng)經(jīng)濟效益468萬元。

(2)預期社會效益。

通過旋轉懸繩器技術的應用，可以減少作業(yè)井次，降低作業(yè)費用，同時挽回一定的產(chǎn)能損失，為作業(yè)區(qū)降低成本、增加產(chǎn)能提供了一條可行之路。

4 結論

(1)懸繩器能合理分配能量，自動旋轉，使偏磨角度從35°擴大到360°，從而能延長磨損周期10倍以上，有效地避免因偏磨帶來的一系列問題。

(2)旋轉懸繩器在發(fā)生應力突然變大時，能有效吸收能量；反之則將能量釋放出來，可有效消除沖擊性振動，減少損害。

(3)該項技術在X區(qū)塊具有較好的適應性，平均檢泵周期延長60 d，保證油井正常生產(chǎn)，提高抽油機井生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益。

(4)該旋轉懸繩器適用于所有實心桿抽油機井使用。