抽油機自動平衡跟蹤裝置的設計與應用

2013-05-04 03:11:56謝凡玲大慶油田有限責任公司第六采油廠

石油石化節能 2013年1期

謝凡玲（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

抽油機自動平衡跟蹤裝置的設計與應用

謝凡玲（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

摘要：抽油機是油田生產的主要采出方式，目前喇嘛甸油田現有游梁式抽油機兩千余臺，其電能消耗占機采井耗電量的一半。抽油機平衡是影響抽油機設備正常運行、能耗和成本支出的關鍵因素。針對如何減少抽油機井能耗問題，設計出了抽油機“自動平衡跟蹤裝置”。該裝置運用在游梁尾部增設 “鐘擺式自動平衡跟蹤裝置”，在抽油機上下運行時，“鐘擺”通過改變其位置，使抽油機自動達到平衡的原理。通過兩口井的現場應用表明，該裝置可使抽油機的系統效率平均提高 17.1%，節能效果明顯，具有較大的應用潛力。

關鍵詞：游梁式抽油機自動平衡節能降耗應用分析

1　概述

游梁式抽油機以其結構簡單、性能穩定、維修維護方便，不受地理位置影響等優勢，至今仍然是油田采油普遍使用的主要舉升設備，占抽油機總量的 90%以上，其設備成本和耗電量占油田生產成本的比重較大。

目前，抽油機平衡方式主要有曲柄平衡、游梁平衡、下偏杠鈴平衡等幾種方式，這些平衡方式都大大改善了抽油機的平衡問題，確保了抽油機的正常運轉，降低了能耗。但這些方式都屬于靜態平衡，平衡裝置在抽油機運行時是相對不動的，在改善抽油機平衡方面都有它們的局限性，使節能效果無法更近一步提高。針對這一問題，研究了“抽油機自動平衡跟蹤裝置”，更好的解決了小型抽油機的動態平衡問題，達到了更好的節能降耗的目的。

2　游　梁　式　抽　油機　平　衡　計　算[1]

抽油機運轉不平衡，是因為上、下沖程中懸點載荷不同，造成電動機在上、下沖程中所做的功不相等。要使抽油機在平衡條件下運轉，就應使電動機在上、下沖程中都作正功：在下沖程中把能量儲存起來；在上沖程中利用儲存的能量來幫助電動機做功。

在抽油機后梁上加一重物，在下沖程中讓抽油桿自重和電動機一起對重物做功，則：

式中：

AW——下沖程中抽油桿自重和電動機對重物所做的功，即重物儲存的功；

Ad——抽油桿柱對重物所作的功，即懸點在下沖程中做的功；

Amd——電動機在下沖程中對重物做的功，即電動機在下沖程中做的功。

由上式可得：

在上沖程中，將重物儲存的能量釋放出來和電動機一起對懸點做功，則：

式中：

Au——上沖程中懸點做的功；

Amu——上沖程中電動機做的功。

要使抽油機平衡，應該讓電動機在上、下沖程中做的功相等，即：

為了達到平衡，在下沖程需要對重物做的功和上沖程中需要重物釋放的能量的關系應為：

上式說明：為了使抽油機平衡運轉，在下沖程中需要儲存的能量應該是懸點在上、下沖程中所做功之和的一半。

上沖程懸點所做的功：

下沖程懸點所做的功：

代入公式則得：

Wr——抽油桿柱載荷，N；

Wl——作用在柱塞上的液柱載荷，N；

S——抽油機沖程，m。

如圖1所示：抽油機達到平衡所需要的游梁平衡塊重：

Wb——游梁平衡塊重，N；

Xuc——抽油機不平衡值（可由廠家提供）。

圖1　抽油機游梁平衡圖

3　抽油機自動平衡跟蹤裝置原理

抽油機“自動平衡跟蹤裝置”在保留了游梁式抽油機的全部優點基礎上，游梁尾部增設了“鐘擺式自動平衡跟蹤裝置”，當游梁式抽油機前驢頭上行時，“自動平衡跟蹤裝置”控制系統給制動電動機發出信號，經減速器把配重塊向后向上旋轉90°角，實現與抽油桿桿重加液柱重量平衡。當游梁式抽油機前驢頭下行時，控制系統發出返回信號，制動電動機經減速器把配重塊向前向上旋轉 90°角，實現抽油桿桿重平衡。使抽油機的上、下運動始終處在平衡的輕載荷下運行，從而達到高效節能的目的，而原有游梁式抽油機運行方式不變。抽油機自動平衡跟蹤裝置結構及運行見圖2。

抽油機自動平衡跟蹤裝置的運行方式具體為：當驢頭接近下死點時，擺鈴向后向上旋轉，使前后重量平衡，抽油機電動機正常運行；抽油機前后平衡，抽油機上行，主電動機正常運行；當驢頭接近上死點時，擺鈴向前向下旋轉，使前后重量平衡，抽油機電動機正常運行；抽油機前后平衡，抽油機下行，主電動機正常運行。