新型防斷防脫自動調節式懸繩器的設計與應用

黃志偉

中國石油新疆油田分公司 采油二廠 （新疆 克拉瑪依 834008）

光桿是抽油井桿柱上的重要組成部分，起到連接抽油機與抽油桿的作用，同時還在井口盤根盒處起到密封作用[1]。抽油機井在工作中，光桿因承受桿柱及井液重量（深井泵、活塞、抽油桿、液體）在上、下行運動過程中易在上部受力點造成斷脫[2]。光桿斷脫會造成原油產量的損失，如抽油桿柱掉入井內造成井口跑油，不但會造成環境污染，甚至還可能出現安全事故。

1 普通懸繩器的弊端

現有普通懸繩器結構為1個光桿卡子鎖緊光桿后，懸繩器通過光桿卡子將拉力間接作用于光桿，使光桿保持上下往復運動[3]。在使用普通懸繩器過程中易出現問題有:

（1）光桿上行過程中，由于普通懸繩器只有1個光桿卡子從而使有限的光桿截面承受全部拉力作用，造成此截面處垂向應力集中，易造成光桿疲勞損傷、甚至折斷。

（2）由于人力安裝，光桿卡子的橫截面與光桿軸心線不可能絕對垂直，這樣就造成光桿在運動過程中受到一定的橫向剪切力的作用，在現有結構中此剪切力是固定不可消除的，易造成光桿斷裂[4]。

（3）如配防沖距不合理，光桿卡子上方光桿長度過長，在光桿上行至上死點時光桿與驢頭相碰，造成光桿彎曲，進而造成光桿卡子處光桿由于彎曲受到一定的橫向剪切力，易造成光桿折斷[3]。

（4）如發生卡泵，現有結構易造成懸繩器毛辮子跳槽，引發各種安全事故。

2 防斷防脫自動調節式懸繩器原理及受力分析

通過對目前的懸繩器改進，設計了一種新型的自動調節式懸繩器，滿足了現場生產的需要。該防斷防脫自動調節式懸繩器相較普通懸繩器，增加了1個光桿卡子和1個自動調節器。其原理如下:

（1）通過設計2個光桿卡子，改變光桿垂向應力集中狀況，使光桿承受的垂向力分布在光桿的2個橫截面上。

（2）利用聯動結構使懸繩器自動調節光桿所受垂向應力在2個截面的合理分布；聯動結構亦可減弱由于光桿與驢頭相碰所造成的橫向剪切力對光桿的作用。

（3）利用自動調節結構大幅消除由于光桿卡子的橫截面與光桿軸心線不垂直所造成的橫向剪切力作用，減輕光桿彎曲。

（4）如發生卡泵，聯動結構可以自動調節，懸繩器仍能帶動毛辮子順利下滑，使懸繩器毛辮子不會發生跳槽，避免各種安全事故發生。

改進后的懸繩器如圖1所示，它是由光桿卡子（2個）、光桿擋板 、懸繩器上體 、受力自動調節器、懸繩器下體組成。

對防斷防脫自動調節式懸繩器進行受力分析（圖1）。①1號卡子和2號卡子在不同的2個平面上，在1號卡子受力時,2號卡子所在平臺往下壓,同時通過調節器將力傳給2號卡子受力;②懸繩器下體的凹部是測示功圖時放傳感器的位置;③2號卡子所在平臺往下壓的同時1號卡子所在平臺往上頂,就這樣實現2個卡子同時受力而防滑斷;④自動調節器下支點是實現2個卡子同時受力的主要部位。

3 應用效果

2010年9月至11月在光桿斷脫頻率高的井:T85004井、T86198井、T85440井、T85558井 4口井試用防斷防脫自動調節式懸繩器。

從現場運行情況來看，這4口井在安裝普通懸繩器時光桿斷脫頻率平均為80天/次，光桿斷脫頻繁，影響抽油機日常安全生產。安裝防脫防斷自動調節式懸繩器后，至今光桿未再發生斷脫，運轉正常，延長了光桿的使用壽命，技術性能完全達到了設計要求。

特別是T85558井，井深較深3200m，泵掛位于2600m，光桿所承受載荷大。一方面光桿卡子在人工安裝時不能保證絕對與光桿橫截面水平，防沖距過大；另一方面該井長期供液不足，間歇出油，在不出油時光桿發燙溫度可達100℃以上，出油時光桿溫度迅速下降，使光桿發生了脆性變化，造成該井光桿頻繁斷裂，光桿平均斷脫周期只有65d。此情況不但嚴重影響了油井的正常生產，而且經常發生油井跑油造成井場大面積污染，甚至有一次員工在巡檢過程中光桿突然斷裂，差點造成人員傷亡事故。2010年10月5日該井安裝了新型防斷防脫自動調節式懸繩器，至今光桿未斷脫過，光桿斷脫周期延長了10倍以上。2011年11月8日該井卡泵，該懸繩器通過自我調節，不但未發生毛辮子跳槽現象，而且由于多次負荷異常抽油機自動停抽，未造成任何傷害和損失。

至2012年8月，采油二廠作業區已經在50口井應用新式防斷防脫自動調節式懸繩器，截止目前裝置運行良好。

4 結論與認識

應用表明，新式防斷防脫自動調節式懸繩器運行情況良好，解決了普通懸繩器存在的諸多問題，適用于各類野外生產環境中的抽油井。

（1）投入應用的成本低，使用此種懸繩器后，自動調節光桿受力分布情況，緩解了光桿所受垂向應力集中現象，同時降低了光桿所受的橫向剪切力，有效地降低了光桿的疲勞程度，減少了光桿頻繁斷脫現象，延長了光桿的使用壽命。

（2）避免了由于光桿斷脫、卡泵引發抽油機翻機、井口損壞等事故的發生；同時也為斷脫光桿修復、更換以及保證井口安全生產贏得機會和時間，提高抽油井生產的經濟效益。

（3）結構簡單，安裝方便，平時不需要維護，壽命長，工作可靠，適用范圍廣。

[1]成大仙.機械設計手冊[M].北京:化學工業出版社，2001.

[2]萬仁溥.采油工程手冊[M].北京:石油工業出版社，2000.

[3]陳憲佩，葉利平，谷玉洪.抽油機采油技術[M].北京:石油工業出版社，2008.

[4]崔學政，馬強，陶軍，等.隨動對中抽油井口光桿密封裝置的研究與應用[J].石油礦場機械，2004，33（2）:83-84.