動平衡機(jī)械采油裝置結(jié)構(gòu)及原理與性能

姜彬

（大慶油田裝備制造公司 抽油機(jī)制造分公司乘風(fēng)鉚焊廠，黑龍江 大慶 163411）

游梁式抽油機(jī)仍是油田機(jī)械采油中普遍使用的一種設(shè)備，通常與抽油桿及抽油泵配合使用。目前使用的各種類型抽油機(jī)，各自具有不同的特點及功能，以適應(yīng)不同工況的需要，其中也不乏節(jié)能型抽油機(jī)。但是，普遍存在的問題是：在動力傳輸途中要耗掉很多無用功，造成能源的極大浪費；另外，減速箱中齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生不可避免的噪音，箱體密封隨著工作時間延長也會產(chǎn)生漏油現(xiàn)象，對環(huán)境造成污染。而動平衡機(jī)械采油裝置中無機(jī)械減速裝置，避免了上述問題。

目前大慶油田有限責(zé)任公司油田裝備制造集團(tuán)生產(chǎn)的游梁式抽油機(jī)，與國內(nèi)其他抽油機(jī)廠生產(chǎn)的游梁式抽油機(jī)大同小異，其共同特點為運(yùn)行可靠性較好，但耗能大，耗材多，噪音高。為了克服這一不足，針對游梁抽油機(jī)進(jìn)行了根本性改造，為此油田裝備制造集團(tuán)開發(fā)設(shè)計了動平衡機(jī)械采油裝置。經(jīng)過6個多月的多方努力及多次的改進(jìn)，該動平衡機(jī)械采油裝置在2008年8月6日安裝在大慶油田的油井上進(jìn)行工業(yè)試驗，至今運(yùn)行良好。

1 裝置結(jié)構(gòu)

圖1 動平衡機(jī)械采油裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖1為動平衡機(jī)械采油裝置結(jié)構(gòu)示意圖。動平衡機(jī)械采油裝置由前驢頭、游梁、后驢頭、支架、底座、驅(qū)動輪總成、漲緊器總成、導(dǎo)向輪總成、增角輪總成、電機(jī)、導(dǎo)向支架、配重等部分組成。電控柜為整機(jī)運(yùn)行的指揮中心，完全由電腦程序控制電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，因此整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)可靠。抽油桿吊繩是一根鋼絲繩，彎曲后掛在前驢頭的繩架體上，下端掛住懸繩器，懸繩器卡吊抽油桿。

游梁主體由鋼板焊接成方箱結(jié)構(gòu)，中間位置焊有支撐架，用于與支架上部的中央軸承座連接，兩側(cè)裝有踏板，頂部焊有扶手。前驢頭由鋼板或型鋼焊接而成，驢頭設(shè)計為拆裝式，可以利用驢頭兩側(cè)的調(diào)整螺栓來調(diào)節(jié)左右對稱位置，前驢頭及后驢頭分別掛在游梁的兩端，且關(guān)于中央支承座對稱分布。

支架是由型鋼焊接而成，安裝在底座上。支架上部安裝有中央支承座，用以安裝游梁，中央支承座可以通過4個調(diào)整螺栓實現(xiàn)移動，中央支承座內(nèi)裝有2套短圓柱滾子軸承。產(chǎn)品出廠時，軸承座內(nèi)已按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加注潤滑脂，扶梯焊接在支架上，操作平臺安裝在支架上部。

底座由型鋼組焊而成，驅(qū)動輪架焊在底座的后部，導(dǎo)向輪架焊在底座的前部，中間安裝電動機(jī)和支架。電動機(jī)通過皮帶帶動驅(qū)動輪，增角輪安裝在驅(qū)動輪架上，漲緊輪壓在驅(qū)動繩上，并靠導(dǎo)向輪架上下移動。驅(qū)動帶是一根尼龍橡膠帶兩端各卡一個繩夾，每套繩卡套一個環(huán)形鋼絲繩，環(huán)形鋼絲繩套根據(jù)尺寸要求把兩端連在一起成了環(huán)形繩，然后將其一端掛在后驢頭的繩架體上，而另一端再繞過驅(qū)動輪和增角輪、漲緊輪及導(dǎo)向輪，最后掛到前驢頭的另一個繩架體上。

制動器安裝在電動機(jī)上，是電動剎車裝置，其剎車扭矩大于電動機(jī)額定扭矩的2倍以上，以便剎車安全可靠。配重的總質(zhì)量根據(jù)不同的井深需要調(diào)節(jié)，配重靠導(dǎo)向支架的導(dǎo)向鋼絲繩上下移動。

2 工作原理

圖2為動平衡機(jī)械采油裝置工作原理圖。該機(jī)工作原理是：采用變頻永磁同步電動機(jī)配備遙控控制柜，運(yùn)用遙控器開機(jī)、關(guān)機(jī)、停止和調(diào)整沖程及沖次。運(yùn)用底座連接支架作為該機(jī)的支撐，通過支承軸連接游梁及前后驢頭，通過永磁同步電機(jī)正、反換向，通過兩端固定在前驢頭、后驢頭的驅(qū)動帶來實現(xiàn)抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。后驢頭內(nèi)部澆注重約1t的水泥混凝土，并且借鑒前驢頭工作原理，懸掛一個可調(diào)節(jié)凈質(zhì)量的配重，作垂直地面的往復(fù)運(yùn)動。抽油桿上沖程時，前驢頭懸點需提起抽油桿柱和液柱，此時后驢頭和配重箱從勢能相對較高位置下行，對前驢頭懸點做功，幫助電動機(jī)提升抽油桿和液柱。在動平衡機(jī)械采油裝置未進(jìn)行平衡的條件下，變頻電機(jī)正轉(zhuǎn)就會自動提供所需要的能量幫助抽油桿上行。在抽油桿下沖程時，動平衡機(jī)械采油裝置桿柱轉(zhuǎn)而對后驢頭和配重做功，把他們拉到一個相對高的勢能位置，為下一沖程儲蓄能量，此時變頻電機(jī)反轉(zhuǎn)處于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，其所產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)。動平衡機(jī)械采油裝置采用這種對稱平衡方式，運(yùn)用柔性連接的方式進(jìn)行傳動，代替了普通游梁式抽油機(jī)曲柄回轉(zhuǎn)離心力平衡方式，平衡精度更高。

圖2 動平衡機(jī)械采油裝置工作原理圖

3 性能

（1）裝置的動力系統(tǒng)是變頻永磁同步電機(jī)系統(tǒng)，與異步電機(jī)系統(tǒng)相比節(jié)電率高，同時本機(jī)沒有低效率的四連桿機(jī)構(gòu)，所以比普通游梁式抽油機(jī)節(jié)電50％。

（2）裝置運(yùn)行時的功率因素cos φ大約在0.96以上，但普通游梁式抽油機(jī)的功率因素在0.3～0.5左右，可見本機(jī)無功損耗小。

（3）裝置采用對稱平衡方式，其平衡精度高（可達(dá)96％以上）因此節(jié)電率高，但普通游梁式抽油機(jī)采用回轉(zhuǎn)離心力平衡方式，其平衡精度低（90％以下），平衡效果差，因此耗電率高。

（4）裝置與普通游梁式抽油機(jī)不同，其在任何位置起動都很容易，這也帶來節(jié)能效果。

（5）裝置運(yùn)用柔性連接的方式進(jìn)行抽油工作運(yùn)行噪音低（50dB），同時減小了抽油機(jī)的沖擊載荷。

（6）裝置電控柜裝有采油裝置參數(shù)控制板，通過遙控器來調(diào)節(jié)采油裝置所需的參數(shù)，使該采油裝置的參數(shù)調(diào)節(jié)非常方便。

4 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）懸點額定載荷：100 kN。

（2）沖程：13 m。

（3）沖次：0.5～6 min-1

（4）電動機(jī)型號：TYG180L-6-15 kW；功率：15 kW；轉(zhuǎn)速149 r/min。

（5）平衡方式：游梁上對稱平衡。

（6）結(jié)構(gòu)不平衡重：5 kN。

（7）外廓尺寸：長×寬×高：6 m×1.3 m×7 m。

（8）總質(zhì)量：10 600 kg

對比實驗：

從目前正在運(yùn)行中的大慶第一采油廠第七礦南四隊高145-斜42號井上兩種不同機(jī)器分別運(yùn)行時的狀態(tài)，來看其特點（見表1）：

表1 普通游梁式抽油機(jī)與動平衡機(jī)械采油裝置性能對比實驗數(shù)據(jù)表

5 結(jié)束語

通過實踐證明和對比，動平衡機(jī)械采油裝置具有耗材少、噪音低、節(jié)能效率高等特點，與普通游梁式抽油機(jī)相比，節(jié)電50％以上，節(jié)約原材料50％以上，噪音為（50dB），沒有四連桿機(jī)構(gòu)、沒有齒輪減速箱，結(jié)構(gòu)簡單、安全、可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，使用壽命長，具有自提配重的功能，因此安裝整機(jī)、更換零、部件及掛抽油桿和懸繩器都方便容易。該裝置為機(jī)電一體化設(shè)備，且遙控方式調(diào)節(jié)各項功能，同時可以入因特網(wǎng)，從而在網(wǎng)上可以對話，使用、維護(hù)、保養(yǎng)都非常簡便。

[1]萬邦烈.采油機(jī)械的設(shè)計計算[M].北京：石油工業(yè)出版社，1988.

[2]SY/T5044-2003，游梁式抽油機(jī)[S].

[3]關(guān)寶文.雙驢頭游梁變向抽油機(jī)[P].中國專利：ZL00208810.X，2001.

[4]新疆石油管理局機(jī)械制造總公司.對稱平衡換向抽油機(jī)[P].中國專利：ZL01234577.6，2002.