多功能機(jī)桿泵保護(hù)器的研制與應(yīng)用

剪樹旭（遼河油田分公司　鉆采工藝研究院，遼寧　盤錦124010）

多功能機(jī)桿泵保護(hù)器的研制與應(yīng)用

剪樹旭
（遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦124010）①

介紹了多功能機(jī)桿泵保護(hù)器的結(jié)構(gòu)原理、技術(shù)參數(shù)及實(shí)現(xiàn)功能。該產(chǎn)品在一定程度上解決了桿管因偏磨、振動而導(dǎo)致的桿柱斷脫及“三抽”設(shè)備因振動而損壞問題。在65口井的實(shí)施均取得成功，減少作業(yè)63井次，減少作業(yè)占產(chǎn)1 839 t，節(jié)約施工費(fèi)用，年節(jié)電量約57．38×104k W·h。

機(jī)桿泵保護(hù)器；偏磨；保護(hù)；節(jié)能

目前，國內(nèi)各大油田采油過程多數(shù)是以“三抽”設(shè)備（抽油機(jī)、抽油桿和抽油泵）為主的有桿抽油系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。但在實(shí)際工作中，有桿泵抽油系統(tǒng)因偏磨、振動的共同作用導(dǎo)致抽油桿柱斷脫及抽油系統(tǒng)耗能增大。以遼河油田高升采油廠雷家區(qū)塊為例，該區(qū)塊是1990年以來陸續(xù)投產(chǎn)的稀油區(qū)塊，油層埋藏較深，在1 950～2 650 m，區(qū)塊內(nèi)定向井居多，井斜角超過10°的占總井?dāng)?shù)55%以上。近年來，隨著挖潛的不斷深入，泵掛逐步加深，管、桿偏磨現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，致使油管漏失、桿柱斷脫井次增多，檢泵周期下降，給生產(chǎn)帶來了諸多負(fù)面影響。為此，針對偏磨問題，筆者在防磨及抗磨等方式上做了大量探索和實(shí)踐，其中在抗磨方式上嘗試過抽油桿扶正器及雙向保護(hù)接箍，在防磨方式上嘗試了多功能機(jī)桿泵保護(hù)器。該產(chǎn)品在柔性鏈的帶動下可使抽油桿柱緩慢轉(zhuǎn)動，使得抽油桿柱與油管內(nèi)壁偏磨位置從15°擴(kuò)大到360°，消除了因偏磨造成抽油桿柱的應(yīng)力集中，減少桿柱斷脫現(xiàn)象。根據(jù)試用效果，近年來重點(diǎn)對旋轉(zhuǎn)防磨多功能機(jī)桿泵保護(hù)器做了推廣，取得了良好的應(yīng)用效果［1 2］。

1 多功能機(jī)桿泵保護(hù)器結(jié)構(gòu)及原理

1．1 結(jié)構(gòu)

多功能機(jī)桿泵保護(hù)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，儲能碟簧的結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示。

圖1 多功能機(jī)桿泵保護(hù)器結(jié)構(gòu)

圖2 儲能碟簧結(jié)構(gòu)

1．2 原理

1．2．1 抽油桿柱旋轉(zhuǎn)原理

在抽油桿柱做上下往復(fù)運(yùn)動過程中，利用驢頭上下運(yùn)動，通過一端固定于抽油機(jī)機(jī)體合適位置的柔性鏈帶動離合器殼體進(jìn)行一定角度的轉(zhuǎn)動，離合器殼體通過釹鐵硼永磁體吸附棘爪與棘輪相嚙合，棘輪與一級蝸桿為鍵連接，這樣離合器殼體轉(zhuǎn)動的同時(shí)，一級蝸桿同步轉(zhuǎn)動。一級蝸桿的蝸桿部分與一級蝸輪相嚙合，一級蝸輪與二級蝸桿為鍵連接。二級蝸桿的蝸桿部分與蝸輪主軸的蝸輪部分相嚙合，這樣一級蝸桿的轉(zhuǎn)動通過兩級減速帶動蝸輪主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。蝸輪主軸的蝸輪下部臺階坐落于承載軸承上，蝸輪主軸的上端面與儲能碟簧相接觸，復(fù)合軸承套套于蝸輪主軸的外圓和內(nèi)孔處對蝸輪主軸起扶正作用。儲能碟簧為2片碟簧背對背方式疊加，碟簧的上端面與摩擦盤的環(huán)形槽處平面相接觸，摩擦盤上端面與方卡子相接觸，阻擋螺釘可阻止摩擦盤上行。方卡子通過內(nèi)部卡牙與光桿剛性連接，這樣井下抽油桿柱及液柱重力通過方卡子加載于摩擦盤上，力通過摩擦盤、碟簧、蝸輪主軸承載軸承傳導(dǎo)至殼體上。抽油機(jī)驢頭通過繩辮子、鋼墜與殼體相連接，最終殼體上的力由抽油機(jī)驢頭承擔(dān)。當(dāng)柔性鏈帶動離合器殼體進(jìn)行一定角度的旋轉(zhuǎn)時(shí)，此力得到多功能機(jī)桿泵保護(hù)器內(nèi)部兩級減速的放大后，經(jīng)由摩擦盤、方卡子帶動光桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動。由于減速比達(dá)900，柔性鏈只需較小力即可驅(qū)動抽油桿柱進(jìn)行極其緩慢的旋轉(zhuǎn)［3 4］。

1．2．2 減震原理

減震功能由儲能碟簧來實(shí)現(xiàn)，碟簧對能量具有一定的存儲和釋放功能。驢頭上沖程負(fù)荷上升時(shí)，碟簧存儲能量，驢頭下沖程負(fù)荷下降時(shí)，碟簧釋放能量，可減輕震動及液擊對三抽設(shè)備的影響；于此同時(shí)，可使驢頭懸點(diǎn)最大載荷減小，最小載荷略有上升，使得循環(huán)應(yīng)力幅值變化小，抽油桿桿柱折算應(yīng)力下降，有利延長桿柱壽命。

2 技術(shù)參數(shù)

配用光桿直徑25，28，36 m m

額定工作載荷≤160 k N

光桿轉(zhuǎn)速0．01～0．13（°）／沖次

長度410～540 m m

高度170～230 m m

殼體下端部外直徑?160±20 m m

3 實(shí)現(xiàn)功能

3．1 防止抽油桿偏磨、脫扣

可使抽油桿柱產(chǎn)生緩慢的旋轉(zhuǎn)，可有效防止抽油桿偏磨，避免了抽油桿因偏磨而發(fā)生的斷脫；同時(shí)產(chǎn)生的順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，也可以防止抽油桿因扭矩影響而產(chǎn)生的脫扣事故，從而延長油井檢泵周期，有利于提高油井抽油時(shí)率，降低維護(hù)費(fèi)用。

3．2 具有減震功能

碟簧對能量具有一定的存儲和釋放功能，驢頭上沖程負(fù)荷上升時(shí)，存儲能量，驢頭下沖程負(fù)荷下降時(shí)，釋放能量，可減輕振動及液擊對三抽設(shè)備的影響。于此同時(shí)，可使驢頭懸點(diǎn)最大負(fù)荷減小，最小負(fù)荷略有上升，使得循環(huán)應(yīng)力幅值變化小，抽油桿桿柱折算應(yīng)力下降，有利延長桿柱壽命。

3．3 具有節(jié)能效應(yīng)

該產(chǎn)品通過能量的存儲與釋放，減輕了慣性及震動負(fù)荷對整個(gè)抽油系統(tǒng)的影響，實(shí)測示功圖面積縮小，光桿功率有所下降。因此，該裝置具有一定的節(jié)能效應(yīng)，節(jié)電率達(dá)3%～7%［5］。

3．4 提高機(jī)采系統(tǒng)效率

機(jī)采效率［6］提高2%～4%。

4 關(guān)鍵技術(shù)

1） 因?yàn)榫鹿r極為復(fù)雜，較低的轉(zhuǎn)速有利于旋轉(zhuǎn)力矩均勻釋放到底部抽油桿柱。多功能機(jī)桿泵保護(hù)器在懸繩器部位有限的空間內(nèi)要實(shí)現(xiàn)抽油桿柱均勻、緩慢地旋轉(zhuǎn)，因而設(shè)計(jì)了兩級減速機(jī)構(gòu)，減速比最高可達(dá)900，抽油桿柱轉(zhuǎn)速最低可為0．01（°）／沖次，而單級減速結(jié)構(gòu)的抽油桿柱轉(zhuǎn)速最低僅為0．3（°）／沖次［7］。

2） 傳統(tǒng)儲能碟簧在一定變化范圍內(nèi)的交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生形變，其疲勞壽命一般在20～250萬次。抽油機(jī)驢頭上下運(yùn)行頻率按5 min－1計(jì)算，其交變應(yīng)力的頻率為259．2萬次／年，可見傳統(tǒng)碟簧使用11．58個(gè)月即發(fā)生失效，使用壽命較短，不利于該產(chǎn)品推廣應(yīng)用。現(xiàn)場多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，改變碟簧的局部結(jié)構(gòu)尺寸可較大幅度延長碟簧使用壽命。如圖2所示，創(chuàng)新型儲能碟簧的平面端部與外圓交界處以圓角結(jié)構(gòu)取代了傳統(tǒng)儲能碟簧的尖角結(jié)構(gòu)并將底部設(shè)計(jì)成寬度為2 m m的平臺。圓角結(jié)構(gòu)降低了應(yīng)力集中，寬度為2 m m的平臺增強(qiáng)了碟簧的承載能力。現(xiàn)場應(yīng)用證明創(chuàng)新型儲能元件—碟簧使用壽命達(dá)到了1．5 a。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

遼河油田高升采油廠雷64 34 新28井，是雷64 塊2004 07投產(chǎn)的一口油井，生產(chǎn)井段2 154～ 2 218 m，投產(chǎn)泵掛1 601 m。生產(chǎn)過程中，抽油桿偏磨較為嚴(yán)重，在未采取任何防磨措施條件下，泵掛1 601 m時(shí)檢泵周期為505 d；2008 12，泵掛加深到1 799．8 m，偏磨加劇，檢泵周期降到244 d；改下扶正器后，磨損狀況有所緩解，檢泵周期延長到了310 d；2010 11使用多功能機(jī)桿泵保護(hù)器后，檢泵周期延長到了780 d以上，統(tǒng)計(jì)如表1。

表1 雷64 34 新28井作業(yè)施工統(tǒng)計(jì)

使用多功能機(jī)桿泵保護(hù)器后，震動及“液擊”現(xiàn)象得到明顯緩解。實(shí)施前后對比，最大載荷下降7．7 k N，最小載荷上升6．4 k N，循環(huán)應(yīng)力幅下降，折算應(yīng)力由91．4M Pa降至72．7M Pa，下降幅度20．5%。折算應(yīng)力越低，越有利于延長桿柱使用壽命，如表2。

表2 雷64 34 新28井實(shí)施前后指標(biāo)對比

同時(shí)，示功圖面積減小，輸入功率下降了1．02 k W，系統(tǒng)效率上升了2．86%，年節(jié)電量0．894×104k W·h。

根據(jù)井斜數(shù)據(jù)分析及作業(yè)跟蹤結(jié)果，2011下半年后實(shí)施多功能機(jī)桿泵保護(hù)器65口井次，減少作業(yè)63井次，減少作業(yè)占產(chǎn)1 839 t，節(jié)約施工費(fèi)用￥178．56萬元，年節(jié)電量57．38×104k W·h。

6 結(jié)論

1） 通過多功能機(jī)桿泵保護(hù)器的實(shí)施，較好地解決了抽油桿柱偏磨問題，延長了檢泵周期。

2） 多功能機(jī)桿泵保護(hù)器可有效緩解振動及液擊給整個(gè)抽油系統(tǒng)帶來的負(fù)面影響，并具有較好節(jié)能效果，節(jié)電率達(dá)到3%～7%。

3） 機(jī)采效率提高2%～4%。

4） 現(xiàn)場施工工藝簡單，為安全環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品，有較好的推廣前景。

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［3］ 楊榮建，李翔翔，張軍，等．抽油桿自動間歇旋轉(zhuǎn)器的研制與應(yīng)用［J］．石油礦場機(jī)械，2005，34（5）：90 91．

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［6］ 陳強(qiáng)．影響抽油機(jī)井機(jī)采系統(tǒng)效率因素淺析［J］．中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011（12）：296．

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Deveiop ment and Appiication of Muiti function Rod Pum p Protector

JIA N Shuxu
（Liaohe Oilfield Branch Drilling Technologu Research Institute，Panjin124010，China）

Multi function Rod Pump Protector is introduced the structure principle，technical parameters and realize the function，the product to a certain extent，solves the rod tube due to eccen tric wear and vibration caused by a broken pole and the pu m ping device to damage due to vibra tion．Theim plementation of the 65 W ells all success，reduce ho mew ork 63 welltimes，reduce oper ating production 1 839 tons，annual festival of 57．38×104k W·h．

rod pu m p protector；eccentric wear；protect；energy saving

T E933．2

B

10．3969／j．issn．1001 3842．2015．06．018

1001 3482（2015）06 0079 04

①2014 12 21

剪樹旭（1974 ），男，遼寧盤錦人，工程師，主要從事油田采油工具技術(shù)研發(fā)工作，Email：jsxboy＠sina．co m。