趙明明　（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

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抽油機(jī)井太陽能自平衡改造方法研究及試驗(yàn)

趙明明（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

游梁式抽油機(jī)不平衡狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致油井能耗偏高、設(shè)備運(yùn)行存在翻機(jī)等安全隱患，同時(shí)影響抽油機(jī)井的四連桿機(jī)構(gòu)、減速箱和拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的效率和壽命。針對(duì)此問題，通過現(xiàn)場開展抽油機(jī)井自平衡改造試驗(yàn)，利用太陽能板帶動(dòng)發(fā)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)尾游梁平衡配重的自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)精確平衡調(diào)整?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，該技術(shù)能有效提高抽油機(jī)井的平衡水平，有功節(jié)電率可達(dá)11.03%。

抽油機(jī)；自平衡；太陽能

隨著油田高含水開發(fā)的逐步深入，油井?dāng)?shù)量逐年上升，井況也越來越復(fù)雜，包括大斜度井、低產(chǎn)井、高含水等在內(nèi)的各類油井?dāng)?shù)量逐年增加，生產(chǎn)參數(shù)大限度的頻繁調(diào)整導(dǎo)致油井設(shè)備管理難度越來越大，抽油機(jī)井減速箱過載，齒輪打齒、串軸等故障頻發(fā)。抽油機(jī)井沖速調(diào)節(jié)頻繁，造成抽油機(jī)井的懸點(diǎn)載荷變化頻繁，抽油機(jī)長期處于過平衡或欠平衡狀態(tài)，需要頻繁調(diào)整平衡，而人工調(diào)整平衡通常需要在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行，同時(shí)需要2～3人和吊車配合，每次調(diào)整需要2 h左右，停機(jī)時(shí)人工調(diào)整平衡不僅嚴(yán)重影響油井產(chǎn)量，而且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、設(shè)備管理難度較大［1］。現(xiàn)有常規(guī)尾部平衡設(shè)計(jì)均基于油井長期載荷不變的條件設(shè)計(jì)，且仍需依靠人工加減平衡配重方式調(diào)整平衡，無法實(shí)現(xiàn)在線動(dòng)態(tài)調(diào)整。

據(jù)大慶油田油井平衡率調(diào)查顯示，受油井產(chǎn)量變化等因素影響，符合平衡要求的抽油機(jī)井占比僅為85.2%。因此，將日益發(fā)展的太陽能發(fā)電技術(shù)應(yīng)用在抽油機(jī)系統(tǒng)中，利用可再生能源太陽能［2］，在不停機(jī)的情況下自動(dòng)調(diào)整游梁式抽油機(jī)平衡，能夠極大地降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高油井產(chǎn)量、降低抽油機(jī)井能耗。

1　技術(shù)原理

該抽油機(jī)是在抽油機(jī)游梁尾部加裝一個(gè)可調(diào)節(jié)配重力臂的尾游梁，尾游梁上安裝有依靠太陽能儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)的游標(biāo)式配重體，控制系統(tǒng)根據(jù)抽油機(jī)平衡度，應(yīng)用無線控制的方式控制配重游標(biāo)向前或向后移動(dòng)，從而調(diào)整抽油機(jī)的平衡度。游標(biāo)式配重體采用太陽能電池板給蓄電池充電，用蓄電池帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)和齒輪旋轉(zhuǎn)，通過與齒條嚙合帶動(dòng)配重體前后移動(dòng)，通過調(diào)節(jié)配重力臂達(dá)到調(diào)節(jié)抽油機(jī)平衡度的目的。

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1自平衡配重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

抽油機(jī)井自平衡配重結(jié)構(gòu)由懸掛式尾游梁、尾游梁可移動(dòng)平衡重以及太陽能供電系統(tǒng)組成。自平衡配重裝置安裝在抽油機(jī)游梁尾部，上部安裝可調(diào)節(jié)的配重塊，配重平衡塊采用游標(biāo)式結(jié)構(gòu)。游標(biāo)配重采取限位保護(hù)方式，在游標(biāo)配重兩端設(shè)計(jì)接近開關(guān)，游標(biāo)配重的有效行程長，平衡度調(diào)節(jié)范圍大，實(shí)現(xiàn)可靠的限位保護(hù)（圖1、圖2）。

圖1　自平衡控制裝置安裝示意圖

圖2　太陽能自平衡控制裝置設(shè)計(jì)圖

2.2太陽能配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)從地面控制箱處接電提供動(dòng)力的常規(guī)布線方法存在的安全隱患，在抽油機(jī)尾游梁上設(shè)計(jì)可依靠太陽能儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)的發(fā)電系統(tǒng)，可按油井地理位置在上部或側(cè)面設(shè)計(jì)太陽能板的安裝位置，其中太陽能電池板、蓄電池、電動(dòng)機(jī)額定電壓為直流24 V［3］，以此控制尾部上的配重塊向前或向后按軌道移動(dòng)，從而調(diào)整抽油機(jī)的平衡度，實(shí)現(xiàn)自平衡運(yùn)行。自平衡控制軟件控制系統(tǒng)界面見圖3。

圖3　自平衡控制軟件控制系統(tǒng)操作圖

3　現(xiàn)場試驗(yàn)

現(xiàn)場試驗(yàn)改造機(jī)型為CYJ10-4.2-53HB，尾平衡及太陽能動(dòng)力系統(tǒng)的裝置在地面進(jìn)行一體設(shè)計(jì)，現(xiàn)場直接安裝（圖4）。

圖4　抽油機(jī)井太陽能自平衡現(xiàn)場

改造前電流平衡率為90.3%，改造后電流平衡率為98.8%（表1），改造前有功百米噸液耗電為1.939 kWh，改造后為1.725 kWh，下降了11.04%。實(shí)際測試表明，應(yīng)用該技術(shù)后，油井有功節(jié)電率為11.04%，無功節(jié)電率為11.01%，綜合節(jié)電率為11.06%（表2）。改造后，游動(dòng)平衡重可依據(jù)測試所得的平衡度水平進(jìn)行自動(dòng)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在每個(gè)沖程過程中的平衡調(diào)整。從改造前后有功功率曲線測試可知，不但降低了油井有功消耗功率，功率曲線變化更加平緩，而且通過自平衡有效消除了原有的負(fù)功功率（圖5）。

表1　試驗(yàn)井改造前后生產(chǎn)及能耗數(shù)據(jù)

表2　試驗(yàn)井改造前后測試節(jié)能效果對(duì)比

圖5　抽油機(jī)井自平衡改造前后有功功率曲線

4　結(jié)論

抽油機(jī)井利用太陽能進(jìn)行自平衡調(diào)整設(shè)計(jì)自帶電源系統(tǒng)（太陽能），通過尾游梁平衡結(jié)構(gòu)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)游梁式抽油機(jī)的在線自平衡調(diào)整，改造后的抽油機(jī)具有自動(dòng)調(diào)整平衡、節(jié)能、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，能有效改善抽油機(jī)井的運(yùn)行狀況，減少停機(jī)調(diào)整平衡時(shí)間，降低調(diào)參過程中的不平衡耗電。試驗(yàn)表明，自平衡改造后抽油機(jī)井在線調(diào)整平衡率可達(dá)到95%以上，有功節(jié)電率達(dá)到11.04%。

［1］王雪玲，薛自建，蔣幽君，等.自平衡智能抽油機(jī)的研發(fā)及應(yīng)用［J］.石油機(jī)械，2014，42（10）：82-85.

［2］鄧衛(wèi)東.異相游梁抽油機(jī)可調(diào)式尾平衡裝置［J］.石油機(jī)械，2012（2）：60-63.

［3］韓東穎，蘇連超，劉佳麗，等.太陽能輔助供電節(jié)能式抽油機(jī)［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015（22）：33-35.

（編輯沙力妮）

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10.3969/j.issn.2095-1493.2016.05.002

趙明明，2013年畢業(yè)于東北石油大學(xué)（石油工程專業(yè)），從事油田采油工程工作，E-mail：44271333@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠第二油礦，163114。

2016-02-01