6型抽油機(jī)增程改造的研究

蘭 真，鄧 陽，方艷輝

（中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司，天津 300280）

0 引言

隨著各油田進(jìn)入中后期開發(fā)，短沖程抽油機(jī)已經(jīng)不能適應(yīng)采油工藝的需要，若報廢換新，不但會造成資產(chǎn)浪費(fèi)，而且資金投入量龐大，因此，對在用的短沖程抽油機(jī)進(jìn)行增程改造是十分必要的。增程改造多以引入新機(jī)構(gòu)或改變整機(jī)結(jié)構(gòu)的方式增加沖程，這些增程方法雖達(dá)到了預(yù)期的效果，但也存改造量大、成本高、不利于實施的弊端。

針對于原有的6型游梁式抽油機(jī)，提出采用中軸座安裝位置后移的方法增加抽油機(jī)沖程，該方法改造量小，改造成本低且容易實現(xiàn)。對增程改造后抽油機(jī)減速器凈扭矩及連桿力的分析表明：增程改造后的抽油機(jī)性能能夠滿足實際需求。

1 增程改造的原理

6型抽油機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)動簡圖如圖1 所示。圖中，A 為游梁前臂長，C 為游梁后臂長，P 為連桿長，K 為基桿長，R 為曲柄半徑，φ 為游梁后臂與基桿之間的夾角，δ 為游梁擺角。

由圖1，驢頭在兩極限位置φ 角分別為：

圖1 6型抽油機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)動簡圖

由幾何關(guān)系可知，兩極限位置φ 角之差即為游梁擺角：

抽油機(jī)最大沖程S 為：

由式（4）可知，增加前臂長度或增大游梁擺角均可實現(xiàn)抽油機(jī)增程：①增加前臂長度的方式比較單一，僅增加A 的值即可；②增大游梁擺角可選擇的方式較多，如減小后臂C、增加曲柄半徑R、加長連桿P 等。考慮改動量和改造成本，減小后臂C 是首選的方式。為了更有利于抽油機(jī)增程后的性能，避免單一參數(shù)的大幅變化，宜采用加長A 和減小C 相結(jié)合的方式，如將中軸座安裝位置后移。

在參數(shù)設(shè)計時，需保持整機(jī)前后臂長度之和不變：

式中 A0——改造前抽油機(jī)前臂長，mm

C0——改造前抽油機(jī)后臂長，mm

A1——改造后抽油機(jī)前臂長，mm

C1——改造后抽油機(jī)后臂長，mm

將6型抽油機(jī)沖程由2.5 m 改造至3 m，由式（1）～式（5），增程改造前后參數(shù)見表1。

表1 6型抽油機(jī)增程改造前后參數(shù)mm

2 增程后性能分析

計算6型抽油機(jī)的減速器凈扭矩及連桿力，以驗證增程改造的實用效果。為了便于分析，規(guī)定：①曲柄勻速轉(zhuǎn)動；②不計擺動部件的轉(zhuǎn)動慣性。由文獻(xiàn)［5］可知減速器凈扭矩：

式中 ηm——四桿機(jī)構(gòu)效率

W——懸點(diǎn)載荷，kN

B——結(jié)構(gòu)不平衡重，kN

M——水平位置時曲柄對減速器的力矩，kN·m

θ——曲柄與12 點(diǎn)位置的角度，°

τ——平衡相位角，°連桿力：

式中 β——抽油機(jī)后臂C 與連桿P 之間的夾角，°

實際上，抽油機(jī)工況較為復(fù)雜，而懸點(diǎn)載荷又因工況而存在一定的差異。依據(jù)常規(guī)的工況：上沖程最大載荷為額定載荷的70%，下沖程最大載荷為額定載荷的35%，對6型抽油機(jī)而言，上沖程最大載荷42 kN，下沖程最大載荷21 kN。根據(jù)式（6）和式（7），增程改造前后抽油機(jī)的減速器凈扭矩及連桿力變化如圖2 所示。

圖2 減速器凈扭矩及連桿力變化

由圖2a），上沖程時減速器凈扭矩有所增加，但遠(yuǎn)小于26 kN·m的額定值；下沖程時減速器凈扭矩小幅降低，最大值由22.74 kN·m降至21.02 kN·m。由圖2b），最大連桿力增加12%，但進(jìn)行強(qiáng)度分析，各部件強(qiáng)度均在所允許的范圍之內(nèi)?？梢?，增程改造后抽油機(jī)減速器凈扭矩及連桿力均在所要求的范圍之內(nèi)，整機(jī)性能能夠滿足實際需求。

3 增程方法的實現(xiàn)

中軸座安裝位置后移只需將游梁上對應(yīng)的安裝孔及調(diào)整塊后移，因沖程增加，同時再補(bǔ)接驢頭側(cè)板和弧板即可。這種方法改造量較小，容易實現(xiàn)，改造風(fēng)險低，特別適用于在役抽油機(jī)的低成本改造。

實現(xiàn)過程如圖3 所示：①將游梁原中軸座安裝孔填滿、去掉兩側(cè)的調(diào)整塊；②按照原形位尺寸在游梁上的新位置重新打孔，焊接調(diào)整塊、補(bǔ)焊加強(qiáng)板；③補(bǔ)接驢頭側(cè)板和弧板，整體打磨、補(bǔ)漆。應(yīng)該注意的是：應(yīng)確定原水泥基礎(chǔ)是否需要加高，以免因沖程增加導(dǎo)致懸繩與井口發(fā)生碰撞。

圖3 增程改造方案

4 結(jié)論

（1）中軸座安裝位置后移的增程改造方法具有改動量小、改造成本低且容易實現(xiàn)的特點(diǎn)，特別適用于在役抽油機(jī)的低成本改造。

（2）中軸座安裝位置后移，同時增大了游梁擺角和前臂長，避免了單一參數(shù)的大幅變化，更有利于增程改造后的整機(jī)性能。這對各種游梁式抽油機(jī)的改造提供了一種參考。