塔架式抽油機(jī)在喇嘛甸油田的應(yīng)用及評(píng)價(jià)

洪微微（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

常規(guī)游梁式抽油機(jī)作為使用最早、最普遍的抽油機(jī)，憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械采油設(shè)備數(shù)量上占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，在油田開發(fā)中發(fā)揮了重要作用；但由于常規(guī)游梁式抽油機(jī)采用四連桿結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)節(jié)點(diǎn)多，傳動(dòng)效率低，能量損失較大，制約機(jī)采井系統(tǒng)效率的提高，不適應(yīng)當(dāng)前油田節(jié)能降耗的發(fā)展趨勢(shì)[1]。而塔架式抽油機(jī)采用塔架式結(jié)構(gòu)，取消游梁式抽油機(jī)的四連桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，并通過永磁電動(dòng)機(jī)等節(jié)能電動(dòng)機(jī)和智能變頻裝置控制實(shí)現(xiàn)抽油桿的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在節(jié)能降耗方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有長(zhǎng)沖程、低沖次的特點(diǎn)，可減少桿、管偏磨，延長(zhǎng)桿、管使用壽命[2]。塔架式抽油機(jī)作為一種新型舉升設(shè)備先后在華北油田、遼河油田和冀東油田等深井、大斜度井開展試驗(yàn)，并取得顯著成效。

1 塔架式抽油機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

1.1 工作原理

塔架式抽油機(jī)整機(jī)采用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過鏈輪鏈條帶動(dòng)負(fù)載皮帶做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過控制電動(dòng)機(jī)正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)換向，完成抽汲動(dòng)作。其中，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)電流小、調(diào)速范圍廣等特點(diǎn)[3]，同時(shí)可滿足塔架式抽油機(jī)頻繁換向、負(fù)載變化復(fù)雜等工況，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于各種惡劣、高溫甚至強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境。該系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)僅對(duì)井下載 荷與配重箱載荷差值做功，并配備智能控制柜，可根據(jù)負(fù)載變化自行調(diào)整電動(dòng)機(jī)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自主調(diào)參，進(jìn)一步提高節(jié)能效果[4]。在間抽井、稠油井、大排量井、深井開采上具有更明顯優(yōu)勢(shì)。塔架式抽油機(jī)見圖1。

圖1 塔架式抽油機(jī)Fig.1 Tower-frame pumping unit

1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

1）沖程長(zhǎng)。目前，采油六廠應(yīng)用CYJY10-4.2-53HB型抽油機(jī)占比達(dá)到83%，該機(jī)型最大沖程僅為4.2 m，沖次平均為4.5次/min，而塔架式抽油機(jī)最大沖程可達(dá)8 m、沖次在1～4次/min區(qū)間可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)整，既滿足產(chǎn)液量變化范圍大的需要，又滿足“長(zhǎng)沖程、低沖次”的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，低沖速特性可以減少抽油桿柱的動(dòng)載荷，延長(zhǎng)泵的進(jìn)液周期；長(zhǎng)沖程特性可減少抽油泵的沖程損失，從而減少抽油桿往復(fù)抽汲次數(shù)，減少桿管偏磨，延長(zhǎng)抽油桿使用壽命[5]。

2）傳動(dòng)效率高。架體采用齒輪、動(dòng)滑輪傳動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)游梁式抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械效率高，降低電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率[6]。

3）平衡方式節(jié)能。采用天平平衡方式，通過精確調(diào)整配重，使配重質(zhì)量和懸點(diǎn)載荷相近，有效降低抽汲過程中電動(dòng)機(jī)的功率消耗。

4）調(diào)平衡操作簡(jiǎn)單。配重箱為雙列空腔的箱體，可根據(jù)不同井況、不同井下載荷進(jìn)行設(shè)備重力平衡調(diào)節(jié)[7]。調(diào)節(jié)配重僅需打開配重箱后蓋板，通過增加或減少配重塊即可快速實(shí)現(xiàn)設(shè)備平衡調(diào)節(jié)。常規(guī)抽油機(jī)調(diào)平衡需要吊車及多人配合操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而塔架式抽油機(jī)調(diào)平衡僅單人就可操作完成[8]，大大減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少停井時(shí)間。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

據(jù)調(diào)研，塔架式抽油機(jī)平均檢泵周期為920 d，在遼河油田應(yīng)用145口井，最長(zhǎng)的已經(jīng)使用1 000 d；在大慶油田應(yīng)用350口井，該舉升技術(shù)較為成熟且應(yīng)用范圍廣。其中，采油六廠于2020年先后應(yīng)用92口井。

2.1 泵效優(yōu)勢(shì)顯著

對(duì)比同區(qū)塊常規(guī)游梁式抽油機(jī)與塔架式抽油機(jī)的生產(chǎn)參數(shù)，塔架式抽油機(jī)泵效高出11.22%，實(shí)現(xiàn)了“長(zhǎng)沖程、低沖次”的采油工藝。從目前在用的50口塔架式抽油機(jī)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)情況來看，泵效到達(dá)80%以上的比例占比75%，泵充滿程度高的優(yōu)勢(shì)顯著。某區(qū)塊塔架式抽油機(jī)與常規(guī)抽油機(jī)生產(chǎn)參數(shù)對(duì)比見表1。

表1 某區(qū)塊塔架式抽油機(jī)與常規(guī)抽油機(jī)生產(chǎn)參數(shù)對(duì)比Tab.1 Comparison of production parameters between tower-frame pumping unit and conventional pumping unit in a block

2.2 節(jié)能效果明顯

因?yàn)樗苁匠橛蜋C(jī)“長(zhǎng)沖程、低沖次”的優(yōu)勢(shì)[9]，在選井時(shí)多選取低產(chǎn)液井，目前，在用井的日產(chǎn)液范圍為7～64.2 t。按照機(jī)采節(jié)能技術(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求，分別選取10口日產(chǎn)液量、動(dòng)液面等生產(chǎn)參數(shù)差異不超過5%的相近井，進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)測(cè)試，裝機(jī)功率下降45.96%，系統(tǒng)效率提高8.53%，百米噸液耗電下降0.328 kWh/100 m·t。具體能耗數(shù)據(jù)見表2。

表2 能耗數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.2 Comparison of energy consumption data

2.3 生產(chǎn)維護(hù)工作量小

塔架式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，維護(hù)點(diǎn)較少，易損件少，只有鋼絲繩、動(dòng)滑輪等需定期潤(rùn)滑；保養(yǎng)率低，一年2次；在生產(chǎn)過程中的沖程、沖次、防沖距等調(diào)節(jié)均可用電子遙控來操作完成，快速、方便；平衡調(diào)整只需單人對(duì)配重進(jìn)行操作即可完成，能夠減少勞動(dòng)強(qiáng)度。塔架式抽油機(jī)保養(yǎng)與巡檢項(xiàng)目見表3。

表3 塔架式抽油機(jī)保養(yǎng)與巡檢項(xiàng)目Tab.3 Tower machine maintenance and inspection project

2.4 安全性能高

塔架式抽油機(jī)采用電磁制動(dòng)技術(shù)，當(dāng)按“停止”按鈕或電路突然斷電時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)的控制電路失磁，制動(dòng)器介入，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)平穩(wěn)可靠剎車；變頻系統(tǒng)自控程度高，對(duì)過載、失速具有完善保護(hù)功能，當(dāng)抽油桿斷脫時(shí)系統(tǒng)能及時(shí)可靠停機(jī)，大大提高了安全性能[10]。與常規(guī)游梁式抽油機(jī)安全性能及運(yùn)行維護(hù)情況對(duì)比見表4。

表4 常規(guī)游梁式抽油機(jī)與塔架式抽油機(jī)安全性能及運(yùn)行維護(hù)情況對(duì)比Tab.4 Comparison of safety performance and operation and maintenance with conventional beam pumping units and tower-frame pumping units

2.5 現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的泵況問題分析

1）塔架式抽油機(jī)出現(xiàn)卡泵問題。分析主要原因是：一是塔架式抽油機(jī)沖程長(zhǎng)、沖次慢，管柱內(nèi)液體流動(dòng)慢，一些雜質(zhì)容易回落回泵筒，造成卡泵；二是210隊(duì)投產(chǎn)的塔架式抽油機(jī)都是補(bǔ)孔和壓裂等措施井，井底液內(nèi)含雜質(zhì)多，容易造成卡泵。

2）塔架式抽油機(jī)出現(xiàn)固定凡爾漏失問題。分析主要原因是：塔架式抽油機(jī)沖程長(zhǎng)、沖次慢，固定凡爾回位較慢，容易被油蠟和其他雜物墊住，造成凡爾漏失，4—6月份某區(qū)塊出現(xiàn)了6口凡爾漏失井，洗井后恢復(fù)正常。

綜合以上泵況問題，建議在出砂嚴(yán)重井減少使用該舉升設(shè)備，同時(shí)，要不斷完善塔架式抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)操作標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)做好洗井管理、壓裂后的固砂管理，避免雜質(zhì)等影響泵況。

3 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

塔架式抽油機(jī)一次性投資，比常規(guī)抽油機(jī)高7.185 2萬(wàn)元；年均維護(hù)費(fèi)用，比常規(guī)抽油機(jī)低3.3萬(wàn)元；當(dāng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到2.17 a時(shí)，二者相等，之后塔架式抽油機(jī)的總費(fèi)用低于抽油機(jī)。兩種抽油機(jī)一次性投資及年維護(hù)費(fèi)用對(duì)比見表5。

表5 兩種抽油機(jī)一次性投資及年維護(hù)費(fèi)用對(duì)比Tab.5 One-time investment and annual maintenance cost comparison of the two pumping units

4 結(jié)論

1）塔架式抽油機(jī)通過改變抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)，采用天平平衡方式和動(dòng)滑輪等結(jié)構(gòu)，使抽油機(jī)本身的工作方式具有節(jié)能特性。

2）塔架式抽油機(jī)可以提高機(jī)采井系統(tǒng)效率，提高泵效，而且參數(shù)調(diào)整、調(diào)平衡更為方便，單人便可完成相關(guān)操作，減少停井時(shí)間，通過使用智能化變頻控制裝置提高抽油機(jī)安全性能，減少工作量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低油田的綜合成本。

3）用低沖次、長(zhǎng)沖程的塔架式抽油機(jī)，來減緩桿、管磨損，延長(zhǎng)檢泵周期。據(jù)調(diào)研塔架式抽油機(jī)平均檢泵周期為920 d，采油六廠抽油機(jī)平均檢泵周期為745 d，延長(zhǎng)175 d，節(jié)省檢泵作業(yè)費(fèi)用0.6萬(wàn)元/a，目前塔架式抽油機(jī)最長(zhǎng)運(yùn)行周期為377d，還未出現(xiàn)桿、管偏磨的問題。

4）塔架式抽油機(jī)能夠滿足越來越嚴(yán)格的節(jié)能要求，符合建設(shè)數(shù)字化油田的大趨勢(shì)，能夠較好的解決人員減少的問題，同時(shí)其占地面積小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安全系數(shù)高，能夠帶來較好的社會(huì)效益。