高章迎，卞和滿，李玲玲，高肇凌，劉長青，劉凱輝，楊　俊，郭 雪，張少雷

（1.河北華北石油榮盛機械制造有限公司，河北任丘062552；2.華北油田采油研究院，河北任丘062552）①

自調(diào)平衡游梁式抽油機的研制

高章迎1，卞和滿1，李玲玲1，高肇凌1，劉長青2，劉凱輝1，楊俊1，郭 雪1，張少雷1

（1.河北華北石油榮盛機械制造有限公司，河北任丘062552；2.華北油田采油研究院，河北任丘062552）①

通過接收隨機安裝的抽油機平衡監(jiān)測儀器的指令，使具有電驅(qū)動調(diào)平衡裝置的游梁式抽油機可以實現(xiàn)自動平衡調(diào)節(jié)。自調(diào)平衡裝置采用齒輪齒條傳動，實現(xiàn)了游梁配重相對游梁的前后移動，從而對井口載荷的變化進行平衡調(diào)節(jié)，使抽油機達到最佳的平衡效果，達到節(jié)能的目的。

游梁式抽油機；齒輪齒條傳動；自調(diào)平衡裝置

目前，國內(nèi)抽油機的保有量在20萬臺以上，并且每年還以5 000臺的速度增加。在用的抽油機中大部分還采用常規(guī)游梁式抽油機，而其系統(tǒng)效率一般只有20%～30%，能耗占整個油田能耗的1/3［1］，系統(tǒng)效率低下。因此，節(jié)能成為有桿抽油系統(tǒng)的一個亟需解決的問題。為了實現(xiàn)抽油機節(jié)能運行，提高效率，各類節(jié)能型游梁式抽油機層出不窮，均在一定程度上達到了節(jié)能效果［2］。但是隨著排采抽吸的進行，井下工況會發(fā)生變化，井下載荷隨之變化，無論何種型式抽油機均無法實現(xiàn)自我平衡調(diào)節(jié)，需要人工操作。由于數(shù)量眾多，分布廣泛，油田不能及時對每臺不平衡抽油機進行停機調(diào)平衡，只能針對個別不平衡非常嚴重的抽油機進行平衡調(diào)節(jié)［3］，這就

造成抽油機大部分工作時間內(nèi)處于不平衡狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，使抽油機的受力狀況惡化，長期運轉(zhuǎn)還將造成抽油機的損壞。針對這一問題，研制了一種自調(diào)平衡裝置，通過與電控監(jiān)測技術(shù)銜接，使抽油機與油氣井運行參數(shù)有效結(jié)合，從而實現(xiàn)抽油機的實時最佳平衡效果，既減少了抽油機運行能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排，同時又提高了抽油機的使用壽命，具有重要的現(xiàn)實意義。該裝置已獲得國家實用新型專利，專利號ZL 2012 2 0583483.9。

1　技術(shù)分析

1.1 整機結(jié)構(gòu)

游梁式抽油機通過曲柄連桿機構(gòu)實現(xiàn)上下往復運動，滿足排采要求。游梁抽油機主要有游梁平衡、曲柄平衡、游梁曲柄復合平衡3種平衡方式，如圖1所示。抽油機工作時，游梁平衡重始終以中央軸承座為圓心，上下擺動。曲柄及其平衡重以減速箱軸為圓心旋轉(zhuǎn)運動。目前，游梁平衡重和曲柄平衡重都采用螺栓緊固等固定方式，不能自行移動，平衡調(diào)整需要人工操作，費時費力，這正是難以及時調(diào)整的原因。由于曲柄為360°旋轉(zhuǎn)運動且速度較快，不易實現(xiàn)平衡重自動調(diào)節(jié)，所以確定將自調(diào)平衡裝置安裝在游梁上。因抽油機排采周期內(nèi)載荷變化幅度較大，若采用單一純游梁平衡方式，即使實現(xiàn)了游梁平衡自動調(diào)整，但調(diào)整幅度難以滿足載荷的變化，仍需人工增減平衡配重質(zhì)量來滿足要求［4］。由于游梁平衡重距地面較高，操作存在困難，因此，研制的自調(diào)平衡抽油機采用游梁曲柄復合平衡方式，通過調(diào)節(jié)曲柄平衡塊來實現(xiàn)抽油機大載荷平衡的調(diào)整，自調(diào)平衡裝置來實現(xiàn)抽油機一定區(qū)間載荷的精確平衡調(diào)整。同時，游梁采用彎游梁平衡原理［5］，使抽油機運行規(guī)律更加符合載荷變化規(guī)律，因而抽油機的節(jié)能效果更加突出，如圖2所示。

圖1　游梁曲柄復合平衡抽油機

圖2　自調(diào)平衡式抽油機

1.2 工作原理

自調(diào)平衡游梁式抽油機是在普通游梁抽油機上增加自調(diào)節(jié)平衡裝置，從而控制游梁平衡重在副游梁上前后移動來平衡井口載荷的變化。使用中，控制系統(tǒng)自動對井下載荷數(shù)據(jù)進行采集、分析，判斷抽油機的平衡狀況，從而控制自調(diào)平衡裝置電機的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)游梁配重的移動，將抽油機調(diào)整到最佳的平衡狀況。

1.3 自調(diào)平衡裝置的設(shè)計

自調(diào)平衡裝置將游梁平衡重、齒輪機構(gòu)、驅(qū)動電機等有機結(jié)合為一體，安裝于副游梁上。在副游梁上表面固定有齒條，齒輪與齒條嚙合，通過電機驅(qū)動齒輪機構(gòu)轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)游梁平衡重在副游梁上的水平移動，如圖3所示。電機的正、反旋轉(zhuǎn)可實現(xiàn)游梁平衡重的前、后移動。在游梁的前后極限位置分別安裝有限位開關(guān)，當游梁平衡重接觸到限位開關(guān)時，電機斷電停機，從而保證游梁平衡重在可控區(qū)間移動。為了保證自調(diào)平衡裝置的安全運行，該機構(gòu)配有防脫和自鎖機構(gòu)。齒輪齒條傳動方式受雨、雪、風沙等惡劣天氣影響小，適于長期在室外環(huán)境使用，且具有運行平穩(wěn)準確、制造成本低、移動距離大的優(yōu)點。該裝置皮實耐用，符合抽油機每天24 h不停運轉(zhuǎn)的工況要求。

圖3　自調(diào)平衡裝置

2　現(xiàn)場應用

目前，齒輪齒條自調(diào)平衡系列抽油機已經(jīng)在山西煤層氣開采中批量使用，現(xiàn)已在華北油田安裝了200臺，最長已經(jīng)使用3 a多時間，運行平穩(wěn)，安全可靠，減少了因人工調(diào)節(jié)平衡而造成的停機次數(shù)，大幅提高了生產(chǎn)效率。

經(jīng)山西煤層氣現(xiàn)場試驗測試，其節(jié)能效果顯著，系統(tǒng)效率提高5%，平均節(jié)電率約20%。

3　結(jié)論

1） 自調(diào)平衡裝置能夠?qū)崿F(xiàn)抽油機的自動平衡調(diào)節(jié)，運行平穩(wěn)，安全可靠，能夠滿足井場對抽油機的精確平衡調(diào)整要求，大幅降低了現(xiàn)場操作人員的勞動強度。

2） 其傳動形式為齒輪齒條傳動，結(jié)構(gòu)合理，制造成本低，運行平穩(wěn)，而且齒輪齒條受環(huán)境的影響較小，能適應長時間的野外惡劣環(huán)境。

3） 自調(diào)平衡游梁式抽油機的設(shè)計開發(fā)兼顧老抽油機的智能化改造，滿足油田智能化建設(shè)和油井生產(chǎn)運行的需要。

4） 將自調(diào)平衡裝置的抽油機與控制系統(tǒng)有機結(jié)合為一體，可以實現(xiàn)抽油機的手動、自動、遠程平衡調(diào)節(jié)，提升了井場自動化管理水平。

［1］ 孫延安.游梁式抽油機合理平衡判別方法研究［J］.石油機械，2014，42（3）：72-75.

［2］ 張學魯，季祥云，羅仁全.游梁式抽油機技術(shù)與應用［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2001：85-132.

［3］ 趙亞杰，黃華，王衛(wèi)剛，等.抽油機游梁平衡自動調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計［J］.石油礦場機械，2013，42（11）：38-41.

［4］ 戴志宏.數(shù)字化抽油機在長慶油田采油六廠的應用［J］.石油礦場機械，2013，42（9）：94-97.

［5］ 章敬，李偉，李紹奇，等.CYJ5-1.8-18 HY型整體彎游梁式抽油機的設(shè)計和應用［J］.石油礦場機械，2008，37（9）：82-85.

development of Beam Pumping Unit for Automatic Balance Adjustment

GAO Zhangying1，BIANHeman1，LI Lingling1，GAO Zhaoling1，LIU Changging2LIU Kaihui1，YANG Jun1，GUO Xue1，ZHANG Shaolei1
（1.Rongsheng Machinery Manufacture Ltd.of Huabei Oilfield，Renqiu 062552，China；2.Oil Research Institute of Huabei Oilfield，Renqiu 062552，China）

Through the instruction of instrument which is monitoring the balance of pumping unit，the beam pumping unit achieved the automatic balance adjustment，which has a balance device driven by a motor.The device uses the gear and rack to realize the beam counterweight to move forward and backward compared with the beam，then to balance the change of the well-load，so the pumping unit realized the best balance effect and achieved energy saving.

the beam pumping unit；rack and gear drive；automatic balancing device

TE933.1

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2015.07.021

1001-3482（2015）07-0086-03

①2015-01-19

中石油華北油田科技基金項目“抽油機智能化技術(shù)研究”（2012-HB-B32）

高章迎（1983-），男，河北滄州人，工程師，碩士，主要從事采油機械設(shè)計工作，E-mail：gaozhangying＠163.com。