長沖程低耗材新型節能抽油機

董德崗 汪坤 曾祥端 馬洋波 韓東穎

摘 要：針對現有長沖程抽油機沖程有限，體積與質量大和造價高等問題，提出了一種可提高沖程，降低抽油機高度，減小抽油機體積與質量的長沖程低耗材新型節能抽油機。這種抽油機采用一個下特殊懸繩器和一個上懸繩器，三個絞車，通過絞車的交替工作，帶動兩個懸繩器交替工作，來完成光桿的上沖程運動和下沖程運動，從而實現數十米的長沖程；依靠平衡系統的上下直線運動實現運動過程中的能量轉換。這種抽油機高度比傳統長沖程抽油機低一半以上，體積和質量更是大大減小，可靠性高、操作、維修方便，造價亦有大幅度下降。

關鍵詞：長沖程 低耗材 抽油機 節能

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（b）-0052-02

寬帶式、鏈條式、增距式等長沖程抽油機與常規游梁式抽油機相比具有很多優點，如效率高，適合深井和稠油井開采[1]。但隨著沖程的增加，抽油機的體積與質量要不斷增加，尤其在整機高度上的增加更為明顯。抽油機技術發展的總趨勢是向著無游梁、低功耗、通用系列化、智能化、高適應模塊化方向發展[2]。針對國內油井含水量高，稠油，高凝聚油的開采的需要，以及游梁式抽油機普遍存在著高能耗、低產出、沖程短等明顯的缺點，在滿足油田采油工藝要求的前提下，設計了具有結構簡單、沖程長、沖次低、耗材量少、易于操作的長沖程低耗材新型節能抽油機。

1 結構組成

長沖程低耗材新型節能抽油機主要由電動機、減速器、塔式機架、天車、絞車、電磁離合器、懸繩器系統、平衡系統和智能控制柜等組成。總體結構如圖1、圖2所示。

（1）電動機。電機為正反轉電動機。電動機換向抽油機正是以其機電技術的有機結合，較好地解決了有桿抽油機低效、高耗和調整參數復雜的問題[3]。

（2）平衡系統。由配重塊、動滑輪、天車、絞車等組成。

（3）懸繩器系統。由上懸繩器、下特殊懸繩器、滑動導軌、電磁鐵和鎖扣等組成。下特殊懸繩器結構簡圖如圖3所示。

（4）動力切換系統。絞車12、絞車13動力軸分別與電磁離合器26、電磁離合器25相連接。通過智能控制柜，控制絞車間的交替工作；絞車11直接連接在切換箱的動力輸入軸24上。動力切換系統俯視簡圖如圖4所示。

2 工作原理

長沖程低耗材新型節能抽油機通過智能控制柜給定沖程、沖次等工作制度后，啟動電動機。一組絞車帶動鋼絲繩，引起上懸繩器牽引光桿上行，上懸繩器達到指定高部位時，另一組絞車帶動下特殊懸繩器牽引光桿繼續上行，此時抽油機為上沖程，平衡系統釋放能量；達到抽油機上死點時，電動機換向，第二組絞車帶動下懸繩器牽引光桿下行，而后，第一組絞車帶動上懸繩器牽引光桿繼續下行，達到抽油機下死點位置。電動機換向與懸繩器之間的變換由智能控制柜提前設定，兩組絞車的轉換由電磁離合器和智能控制柜共同完成，從而達到分級分段提升抽油桿的目的。

游梁式抽油機懸點運動通常為簡諧運動規律。抽油機在舉升油柱的過程中，變速運動會產生很大的慣性損失，為了克服慣性損失，需要配置較大的功率。長沖程低耗材新型節能抽油機懸點運動速度平穩，沒有波峰，大部時間在額定載荷下運行，效率較高。大大減小了慣性損失和功率配置，實現抽油機節能。

3 實驗模型制作

3.1 實驗室模型的實現

抽油機實驗模型主要是基于長沖程低耗材新型節能抽油機的工作原理，模擬了長沖程低耗材新型節能抽油機的工作過程，獲取實驗數據，進而分析抽油機的相關參數。用低轉速電動機輸出的轉速模擬減速器輸出的轉速，簡化抽油機的動力系統；用小型電磁離合器模擬該抽油機動力切換系統的電磁離合器；用普通柔性線繩模擬鋼絲繩；用直徑6 mm、長度1 m的光軸模擬抽油機的光桿。將整個抽油機按照一定的的比例簡化縮小，以便利于實驗研究。模型如圖5、圖6所示。

3.2 實驗室模型的工作過程

假設一個沖程的時間為T。t=0時刻，電動機正轉，帶動絞車，此時，切換箱中電磁離合器25通電，絞車13轉動，帶動上懸繩器牽引光桿向上運動，配重箱向下運動；t=T/4時刻，電磁鐵19通電工作，鎖扣20鎖住光桿，電磁離合器25斷電，絞車13失去動力，停止轉動，同時給電磁離合器26通電，絞車12轉動，光桿由上懸繩器6提升切換為下特殊懸繩器7提升，配重箱向下運動；t=T/2時刻，電動機反轉，下特殊懸繩器向下運動，光桿向下運動，配重箱向上運動；t=3T/4時刻，電磁離合器19斷電，停止工作，鎖扣松開光桿，切換箱中的電磁離合器26斷電，絞車12失去動力，停止轉動。同時電磁離合器25通電，絞車13轉動，光桿由下特殊懸繩器7提升切換為上懸繩器6提升，配重箱向上運動；t=T時刻，完成一個沖程。

以上運動過程充分展現了長沖程低耗材新型節能抽油機的運動特征，給理論分析提供了依據。

4 結語

（1）該長沖程低耗材新型節能抽油機，采用分級分段式提升光桿，突破了傳統長沖程抽油機設計理念，解決了長沖程與整機高度之間的矛盾。在降低抽油機整機高度與質量的同時，增加了抽油機沖程。適合高含水井，稠油井的開采，抽油效率高，且降低了制造成本。（2）通過智能控制柜控制兩臺電磁離合器的交替工作，實現了動力在多絞車之間的切換，實現了設備的自動化。（3）將傳統平衡裝置簡化為柔性鋼繩連接的直線平衡裝置，簡化了抽油機結構，使抽油機具有動力性能優良，承受載荷大等優點。

參考文獻

[1] 路懿.寬帶式長沖程抽油機的機械換向裝置[J].石油機械，1992，20（10）：43-48.

[2] 方仁杰，朱維兵.抽油機歷史現狀與發展趨勢分析[J].鉆采工藝，2011，34（2）：60-63.

[3] 孫慶紅，溫澤民，王善政，等.電動機換向智能抽油機應用與分析[J].石油機械，2002，30（5）：25-27.