抽油機在機械采油設備中的應用

摘 要：機械采油設備是油田的主要耗能設備，而機械采油設備中的抽油機占90%左右，因此抽油機能耗的高低對油田節能降耗影響甚大。針對目前抽油機存在平衡效果差，裝機功率過高，效率低這一問題，設計一種游梁隨動游梁平衡抽油機，以達到減小減速箱曲柄軸峰值扭矩，降低能耗，節約運行成本的目的，提高抽油機地面效率。游梁隨動平衡抽油機的設計特點是：在游梁上安裝一個滑塊，該滑塊通過副連桿與抽油機的連桿相連，在游梁抽油機的后部加一個類似與變矩平衡裝置的滑軌，在滑軌上安裝平衡塊。在游梁的末端安裝一個支架上面放置滑輪，鋼絲繩繞在滑輪上將滑塊和平衡塊相連。通過在下沖程過程中，調節力臂的大小，同時游梁上的平衡塊上升，儲存一定的位能，避免了對電動機做負功。在上沖程過程中，調節力臂的大小，同時將下沖程儲存的位能釋放，用來提升抽油桿和油柱。實現上下沖程運動的平衡。該設計結構簡單，而且可靠性強。便于加工和維修。

關鍵詞：抽油機；新型結構；設計獨特；扭矩曲線

常規游梁抽油機自誕生以來，歷經數百年使用，經歷了各種工況和各種地況。

常規游梁抽油機隸屬于有桿泵抽油裝置，該裝置是由地面的抽油機、井下的抽油泵及抽油桿柱所組成。抽油機是有桿泵采油裝置的重要地面設備，把動力機的連續圓周運動變成抽油桿柱及抽油泵柱塞的往復直線運動，從而將地下的原油開采出來的機械設備。

目前仍在國內外普遍使用，常規游梁式抽油機以其結構簡單，耐用，操作簡便，維護費用低等明顯優勢，而區別于其他眾多抽油機類型，一直占據著有桿抽油泵采油地面設備的主導地位。但是，由于它受交變載荷的作用，曲柄平衡效果差，減速器輸出軸峰值扭矩大，增加了裝機功率，效率低。但由于其結構上的不合理性，使得常規游梁抽油機無法解決“大馬拉小車”的局面。

因此，針對常規抽油機的這種弱點出現了大量的特種抽油機，例如偏置式節能抽油機、雙驢頭異型抽油機等與常規機相比都有一定有節能的效果，但也存在著各自的缺點：

一、偏置式節能抽油機

國內油田目前使用最多的抽油機的節能型抽油機是偏置型抽油機，該機保持了常規型抽油機的基本結構。如圖1.1所示，與常規型抽油機相比偏置是抽油機的游梁后臂長度縮短，減速箱相對于支架的位置后移。曲柄中心至中央軸承座中心的水平距離I大于游梁后臂。當游梁處于水平位置時。曲柄亦處于水平位置，連桿與游梁及曲柄間的的夾角接近。

該型抽油機節能主要有二方面原因：一是該型抽油機的平衡重的中心線與曲柄中心線間有一個偏置，圖1.1偏置式節能抽油機這種結構使得平衡塊扭矩曲線的相位提前，從而使得懸點載荷通過連桿在曲柄軸上產生的扭矩疊加后的凈扭矩曲線比較平坦，因而使電動機電流波動減小，抽油機地面系統效率提高；二是由于極位夾角的存在降低了上沖程懸點加速度，降低了上沖程懸點的慣性載荷。不足之處是限制桿件長度，不具有增程功能。

二、雙驢頭異型節能抽油機

異型抽油機是我國1996年研究開發的一種新型節能抽油機。該機以常規型抽油機為基礎模型，對四連桿機構進行了關鍵性變革。如圖1.2所示，它是在常規機的游梁后臂上增加一個具有變徑弧形的后驢頭，游梁與橫梁之間采用柔性連接件進行連接。由于柔性件和驢頭圓弧始終相切，即它與游梁的之間的夾角始終90度，從而允許游梁作大擺角擺動，以獲得長沖程。該型抽油機隨著曲柄的轉動，特殊連桿（柔性連接件）與游梁后臂弧形輪廓的切點上下移動，即連桿長度與游梁后臂有效長度均隨曲柄轉動而圖1.2雙驢頭異型節能抽油機變化。這種參數四連桿機構的作用改變了抽油機扭矩因數的變化規律，使其懸點載荷作用到曲柄軸扭矩變化接近正弦規律，與曲柄旋轉平衡扭矩的正弦規律相對應，從而使凈扭矩波動幅度減小，降低減速器的額定扭矩及所配的電動機額定功率，從而達到節能的目的。不足之處是柔性連接件的壽命較短，常出現柔性繩斷頭現象，影響正常的生產，后驢頭的變徑弧形加工難度大。

所以考慮到以上問題，將考慮在游梁上安裝隨動的平衡塊。鑒于以往的裝置有在游梁上制成滑軌形狀，在其上放置一個可以隨游梁擺動而滑動的平衡塊。該裝置在一定程度上解決了游梁抽油機上下沖程的平衡問題，但是該裝置對游梁的要求比較高，要求游梁和平衡塊良好的接觸且平衡塊不滑落，加工制作較復雜，工作平穩性較差，不能很好的調節游梁抽油機的上下沖程的平衡。

本設計的游梁隨動型抽油機是在游梁式抽油機曲柄平衡方式的基礎上增加隨動平衡重形成的一新型復合平衡方式。它可以隨著抽油機懸點載荷和變化，自動調整游梁隨動平衡重的位置，實現了變矩平衡，與雙驢頭的平衡方式有異曲同工之效。同時因為基本繼承了常規機的四連桿結構所以可以作為常規機節能改造的結構模型。改造后不僅可以節約電能，而且還可以改善抽油機的工作狀況和受力特性，提高抽油機的穩定性，延長工作壽命。同時改造成本低廉，可產生良好的經濟效益和社會效益，具有廣闊的應用前景。

本設計是針對以上優缺點，設計一款游梁抽油機的隨動平衡裝置。主要設計思路為在游梁隨動平衡抽油機是在游梁上安裝一個滑塊，該平衡塊通過副連桿與抽油機的連桿相連，在游梁抽油機的后部加一個類似與變矩平衡裝置的滑軌，在滑軌上安裝平衡塊。在游梁的末端安裝一個支架，上裝滑輪，鋼絲繩繞在滑輪上將滑塊和平衡塊相連。通過在下沖程過程中，調節力臂的大小，同時游梁上的平衡塊上升，儲存一定的位能，避免了對電動做負功。在上沖程過程中，調節力臂的大小，同時將下沖程儲存的位能釋放，用來提升抽油桿和油柱。實現上下沖程運動的平衡。