塔架式抽油機在冀東油田的應用

郭景芳 （中國石油冀東油田公司）

塔架式抽油機在冀東油田的應用

郭景芳 （中國石油冀東油田公司）

近年來，由于冀東油田油井井深增加、開采條件變差、土地資源的制約等原因，使游梁式抽油機在適應性方面出現一些問題，主要表現為能耗高、質量大，占地面積大，不能滿足大懸點負荷、長沖程、低沖速的工況要求等。為解決上述問題，自2010年以后開始批量使用塔架開關磁阻電動機型無游梁式抽油機（以下簡稱塔架式抽油機），它占地面積小，適用于井位密集，井場狹小的工況；而其長沖程、低沖速的特點，可減少桿、管偏磨，延長桿、管使用壽命。此抽油機還能夠滿足高負荷、調參方便、節約電能等要求，具有廣闊的應用前景。

冀東油田；塔架式抽油機；結構和原理；節能；應用

引言

冀東油田應用無游梁抽油機主要基于以下考慮：

1）冀東油田地處曹妃甸區和渤海灣，土地資源緊張。近年曹妃甸工業區的快速發展，導致征地成本越來越高；油田周邊的蝦池魚塘星羅棋布，可供使用的土地面積十分有限；填海造地、造島的開發方式，要求必須高效地使用土地資源，因此要求抽油機盡量少占用土地。

2）冀東油田油井普遍較深，平均下泵深度大于2000 m，部分油井下泵深度達2500～2700 m。游梁抽油機，因其沖程較短，沖程損失相對較大，導致泵效較低；而高負荷、長沖程的游梁抽油機，其體積龐大、占地大；因此，需要能滿足懸點負荷大、長沖程、占地小等要求的新型抽油機。

3）冀東油田大斜度、大位移井越來越多，導致桿、管偏磨的矛盾突出，因此希望使用低沖速、長沖程抽油機，來減緩桿、管磨損，延長檢泵周期。塔架式抽油機沖速可以低于1 min-1，能較好地滿足此要求。

4）近年來，油田嚴格控制人力資源增長，通過建設數字化油田，改變了傳統生產管理模式，導致設備操作人員大幅減少，要求抽油機調節沖程、沖速以及平衡調節的工作盡可能簡化，因此傾向于使用數字控制的抽油機。

5）越來越嚴格的節能要求，促使油田希望在抽油機節能方面取得顯著成效。

塔架式抽油機能夠較好地滿足上述要求，冀東油田積極探索推廣應用該機型替代游梁式抽油機的可行性。

1 結構與原理

塔架式抽油機（圖1）主要由底座、滾筒、減速器、開關磁阻電動機調速系統（SRD）、制動器、塔架、前輪、后輪、配重箱、控制柜等組成。

塔架式抽油機工作時，電動機通過電控系統控制實現正反轉動，經減速器驅動滾筒正反轉動，由滾筒纏繞或釋放驅動帶、配重帶以帶動光桿上下往復運動。當電動機逆時針轉動時，滾筒纏繞驅動帶，光桿上行，同時釋放配重帶，配重箱下行；當電動機順時針轉動時，滾筒釋放驅動帶，光桿下行，同時纏繞配重帶，配重箱上行[1]。

塔架式抽油機配有PLC控制器和文本顯示器，調參方便，可實現遠程監控。

2 節能機理

塔架式抽油機具備的結構與性能特點，使其具備良好的節電性能，表現為3個方面。一是采用天平平衡的方法。理論上配重箱的配重量為抽油機運行過程中最大懸點載荷與最小懸點載荷之和的一半。通過調節配重砝碼數量，可以實現較高質量的平衡，相比游梁式抽油機，平衡調節方便、準確，電動機輸出扭矩波動小，電動機處于發電狀態工況少，運行平穩。二是采用開關磁阻調速電動機（SRD）調速系統，相比變頻調速電動機，具有良好的節能效果（圖2）。表現為：電動機空載電流小于額定電流的3%（表1），保證空載和輕載條件下高效率；SRD調速傳動系統啟動轉矩大，啟動電流小，在啟動轉矩達到電動機額定轉矩的1.5倍時，啟動電流僅為額定電流30%，保證抽油機高效啟動；轉速和負載轉矩在較大范圍變化時均有很高的效率（表2）；SRD系統具有超強的啟動能力和快速響應能力，因此，SRD調速系統非常適合塔架式抽油機頻繁換向、負載波動大的工況。三是塔架式抽油機的大懸點負荷能力，可允許抽油泵下到動液面以下更深的位置；低沖速特性可以減少抽油桿柱的動載荷，延長泵的進液周期；長沖程特性可減少抽油泵的沖程損失。以上特性能夠顯著提高泵的充滿度和桿柱的有效沖程，從而提高泵效[2]。

圖1 塔架式抽油機結構

表1 SRD與變頻調速空載電流對比

表2 SRD與變頻調速效率對比

圖2 SRD與變頻調速空載電流對比

委托集團公司油田節能監測中心對冀東油田現場應用的塔架式抽油機與游梁式抽油機進行相同工況對比測試，測試結果見表3。更換前，游梁式抽油機有功單耗為2.27 kWh/t100m，無功單耗為1.94 kvarh/t100m；更換后，塔架式抽油機有功單耗為1.84 kWh/t100m，無功單耗為1.75 kvarh/t100m。對比測試證明，塔架式抽油機綜合節電率達到19%。

表3 抽油機節能測試測算數據

3 性能特點

1）配重箱后置。當抽油機工作時，塔架重心靠近塔架中心，可避免因抽油機重心靠前造成基礎前端下沉的問題；另外，還便于吊裝配重箱和調整配重作業。

2）驅動系統位于底座上。此特點降低現場組抽難度，方便日常檢查維護，降低塔架振動。

3）采用鋼絲繩芯輸送帶作驅動帶和配重帶，抗拉強度高，抗疲勞，耐磨損，耐腐蝕環境，使用壽命長久。表面硫化耐磨織物層，避免橡膠帶相互接觸時發生粘連。

4） 調參方便：控制系統調參簡便，數字顯示，在線調參，具有實時監控功能，并可將井口參數、抽油機參數上傳至中控室，實現遠程監控等功能。

5）維護簡單：驅動組件置于底座上，便于對電動機、減速箱、滾筒、聯軸器、制動器和軸承等部件的日常檢查維護。

6）斷桿保護功能：光桿斷脫瞬間即可自動實現制動，無配重箱墜落危險。

7） 前輪回收方便：修井作業時，操作旋鈕驅動電動絲杠回收前輪，水平退距超過800 mm。

8）控制功能完善：采用開關磁阻電動機及配套控制系統，具有過載保護、缺相保護、光桿斷脫后的自動制動剎車等功能。設置兩組位置傳感器和行程限位開關，保證在一組出現故障時，抽油機仍能可靠運行。在電控柜內預設數據信號輸出接口，為采集抽油機運行數據提供條件。

4 推廣應用

自2010年至今，塔架式抽油機已在冀東油田應用超過300臺，遍及陸上和人工島。該抽油機經過6年現場批量應用檢驗，發現機械與電控系統存在設計缺陷和可靠性不高的問題。通過處理存在的問題，其可靠性大幅度提高，機械系統已基本達到無故障、長壽命運行，電控系統故障率很低，對生產運行無影響，產品性能趨于成熟。

應用塔架式抽油機帶來下述效益：

◇能夠滿足大負荷、長沖程、低沖速的性能要求以及海洋大氣環境要求；

◇調整沖程、沖速及配重的工作量和成本很低；

◇可靠性較高，檢查維護方便，易損件少，日常維護成本較低；

◇顯著減少占地，只相當于游梁抽油機的55%，具有良好的節能效果；

◇有助于減緩桿、管磨損，延長檢泵周期；

◇有助于減少安裝與修井作業工作量。

現場應用表明：塔架式抽油機占地面積小，適用于井位密集、井場狹小的工況，特別適用于人工島采油作業；長沖程、低沖速的特點，可減少桿、管偏磨，延長桿管使用壽命；沖程、沖速連續可調，滿足油田深斜井的生產需求。該抽油機能夠滿足高負荷、長沖程、低沖速、調參方便、節約電能、占地小的要求，已成為南堡油田的主力機型。大負荷、長沖程的塔架式抽油機相比游梁式抽油機還具有制造成本優勢。實踐證明，塔架式抽油機的可靠性能夠滿足油田開發生產需要，具有廣闊的應用前景。

[1]馬強.塔架式長沖程抽油機原理及應用[J].石油礦場機械，2008（1）：80-83.

[2]韓輝.塔架式抽油機舉升技術應用[J].石油石化節能，2015（12）：22-24.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2016.08.013

2016-04-28

（編輯 李珊梅）

郭景芳，工程師，2004年畢業于中國石油大學（華東）（石油工程專業），從事油田節能管理工作，E-mail：gjf@petrochina.com.cn，地址：河北省唐山市路北區光明西里51#甲區，063004。