油田抽油機(jī)的節(jié)能裝置

張超 馮耀輝 陳祥國 吳滇 張弛 林盛昌

【摘? 要】為了解決目前市場上抽油機(jī)功耗大、維修費(fèi)用高昂的問題，論文介紹了對油田抽油工作的節(jié)能控制和操作優(yōu)化，并且分析了抽油系統(tǒng)觸摸屏的操作界面。通過SolidWorks軟件進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過步進(jìn)電機(jī)、觸摸屏、平衡塊、M型結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)抽油過程要求的動(dòng)作，使得抽油過程能夠節(jié)省更多的資源，提高資源的利用效率，減少抽油機(jī)的故障率，從而減少維修費(fèi)用。

【Abstract】In order to solve the problem of high power consumption and high maintenance cost of pumping units in the current market， this paper introduces the energy saving control and operation optimization of oil pumping， and analyzes the operation interface of the oil pumping system touch screen. SolidWorks software is used to design the mechanical structure， and the stepper motor， touch screen， balance block and M-type structure are used to realize the action required in the pumping process. So that the pumping process can save more resources， improve the utilization efficiency of resources， reduce the pumping unit failure rate， thereby reducing maintenance costs.

【關(guān)鍵詞】機(jī)械結(jié)構(gòu);平衡塊;高效率;電機(jī)

【Keywords】mechanical structure; balance block; high efficiency; motor

【中圖分類號(hào)】TE933? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）08-0178-02

1 引言

機(jī)械采油法是如今油田生產(chǎn)中最主要的采油方式，游梁式抽油機(jī)作為歷史最久、使用最廣泛的抽油機(jī)依舊是今后油田生產(chǎn)的主要設(shè)備。傳統(tǒng)型的游梁式抽油機(jī)己無法滿足現(xiàn)階段油田生產(chǎn)的要求。若要其實(shí)現(xiàn)“長沖程，少?zèng)_次”的效果，需要在改變減速箱的扭矩比例的同時(shí)增加曲柄尺寸，以及改變傳統(tǒng)的抽油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，減少其使用的器件，這樣一來，才可以保證在游梁擺角的限制范圍內(nèi)，最大程度地?cái)U(kuò)大驢頭的運(yùn)動(dòng)范圍，達(dá)到增加沖程的目的。開發(fā)研制出滿足現(xiàn)狀的新型抽油機(jī)成為石油機(jī)械工業(yè)中的重要課題。降低生產(chǎn)能耗、提升生產(chǎn)效率和增加操作的安全性是油田油井的發(fā)展方向，這就要求我們應(yīng)加快技術(shù)創(chuàng)新與設(shè)備的發(fā)展。

2 功能介紹

2.1 工作原理

①抽油機(jī)采用無游梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一種平衡塊進(jìn)行勢能儲(chǔ)存，在抽油桿上升的過程中，利用平衡塊與電機(jī)直接配合拉動(dòng)抽油桿，從而實(shí)現(xiàn)在抽油機(jī)工作過程中降低能耗的目的。②利用平衡塊替代減速機(jī)可能會(huì)導(dǎo)致平衡塊與抽油桿之間存在平衡差，通過M型的電機(jī)安置法來實(shí)現(xiàn)單電機(jī)彌補(bǔ)平衡塊和抽油桿的平衡差。

2.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原理

2.2.1 單個(gè)零件圖

該產(chǎn)品由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)、平衡塊、抽油桿組成一個(gè)M型的結(jié)構(gòu)來帶動(dòng)整個(gè)抽油的過程。一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)配合著平衡塊拉動(dòng)著抽油桿上下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)我們整個(gè)裝置的運(yùn)動(dòng)，如圖1、2所示。

2.2.2 整體原理圖

該“油田抽油機(jī)的節(jié)能裝置”由平穩(wěn)的支架、底座、設(shè)定好的活動(dòng)區(qū)運(yùn)動(dòng)桿、平衡塊以及M型結(jié)構(gòu)裝置組成，可以按設(shè)計(jì)要求達(dá)到所做的動(dòng)作，如圖3所示。

2.3 產(chǎn)品的電氣控制原理

2.3.1 電氣控制原理

當(dāng)操作人員按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，PLC收到一個(gè)輸入信號(hào)，這時(shí)抽油機(jī)抽油桿系統(tǒng)先開始工作，Y0首先輸出使得抽油桿到達(dá)指定的深度，一段時(shí)間以后，Y1輸出將設(shè)定好重量的平衡塊利用電機(jī)的操作來實(shí)現(xiàn)陪重，使得抽油桿上升到指定位。最后整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位重復(fù)以上操作。直到按下停止按鈕時(shí)，系統(tǒng)停止工作。電氣控制原理如圖4所示。

2.3.2 PLC梯形圖

本系統(tǒng)采用了三菱FX-2N系列PLC。部分PLC程序圖如圖5所示。

“油田抽油機(jī)的節(jié)能裝置”三菱FX2N系列PLC控制I/O口分配如表1所示。

3 功能及指標(biāo)

3.1 基本功能

①本系統(tǒng)可以將傳統(tǒng)的抽油機(jī)進(jìn)行一個(gè)很大的跨進(jìn)，我們不只是對抽油機(jī)的工作方式進(jìn)行創(chuàng)新，更是對所配備的電機(jī)進(jìn)行自主性的開發(fā)設(shè)計(jì)制作，大大地提升節(jié)電率;原先可能需要5kW，現(xiàn)在將減少到2kW左右，節(jié)電率將高達(dá)30%～40%。②現(xiàn)場操作人員不需要再擔(dān)心電機(jī)出現(xiàn)一些不必要的因數(shù)，或者在其他不好的環(huán)境下作業(yè)，可大大減輕工作人員的心理負(fù)擔(dān)，使他們的勞動(dòng)成果得到最大限度的回報(bào)。③本系統(tǒng)可以全天候的工作，我們后期將會(huì)在抽油桿上下文章，將原來一整條的抽油桿模式換為“間段式”，減少抽油機(jī)處理時(shí)的人力以及財(cái)力的投入，大大加快了抽油機(jī)處理的速度，并且效率只會(huì)更加提高不會(huì)降低。

3.2 相關(guān)指標(biāo)

①改變傳統(tǒng)抽油機(jī)的游梁式結(jié)構(gòu)，采用了比較新穎的無游梁式結(jié)構(gòu)。②利用平衡塊替代傳統(tǒng)抽油機(jī)大能耗的減速機(jī)，使得電機(jī)和平衡塊配合能夠直接拉動(dòng)抽油桿工作。③在抽油機(jī)工作時(shí)可達(dá)到高節(jié)能的功能，并能及時(shí)利用M型的電機(jī)安置法來實(shí)現(xiàn)單電機(jī)彌補(bǔ)平衡塊和抽油桿的平衡差，具有較低的成本、高性能、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。④通過該裝置能夠減少運(yùn)行過程中一些耗能設(shè)備的使用，從而使得抽油機(jī)的能耗大大降低。⑤本系統(tǒng)采用電動(dòng)和懸重平衡作為動(dòng)作方法，使整個(gè)系統(tǒng)非常的節(jié)能環(huán)保并且操作簡單、靈活、方便。

4 結(jié)語

設(shè)備的整體性能完整化，有利于現(xiàn)代抽油工作的進(jìn)行，在原有的無游梁抽油機(jī)基礎(chǔ)上降低了抽油機(jī)的制造成本和工作煩瑣程度，并且緩解了能源消耗大的問題。整套裝置完整性良好，各方面動(dòng)作完整無誤。

【參考文獻(xiàn)】

【1】向曉漢，等.PLC控制技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

【2】廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工程出版社，2008.