抽油機井太陽能自平衡改造方法研究及試驗

趙明明　（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

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抽油機井太陽能自平衡改造方法研究及試驗

趙明明（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

游梁式抽油機不平衡狀態會導致油井能耗偏高、設備運行存在翻機等安全隱患，同時影響抽油機井的四連桿機構、減速箱和拖動電動機的效率和壽命。針對此問題，通過現場開展抽油機井自平衡改造試驗，利用太陽能板帶動發電動機，驅動抽油機尾游梁平衡配重的自動運行，實現精確平衡調整。現場應用表明，該技術能有效提高抽油機井的平衡水平，有功節電率可達11.03%。

抽油機；自平衡；太陽能

隨著油田高含水開發的逐步深入，油井數量逐年上升，井況也越來越復雜，包括大斜度井、低產井、高含水等在內的各類油井數量逐年增加，生產參數大限度的頻繁調整導致油井設備管理難度越來越大，抽油機井減速箱過載，齒輪打齒、串軸等故障頻發。抽油機井沖速調節頻繁，造成抽油機井的懸點載荷變化頻繁，抽油機長期處于過平衡或欠平衡狀態，需要頻繁調整平衡，而人工調整平衡通常需要在停機狀態下進行，同時需要2～3人和吊車配合，每次調整需要2 h左右，停機時人工調整平衡不僅嚴重影響油井產量，而且工人勞動強度大、設備管理難度較大［1］。現有常規尾部平衡設計均基于油井長期載荷不變的條件設計，且仍需依靠人工加減平衡配重方式調整平衡，無法實現在線動態調整。

據大慶油田油井平衡率調查顯示，受油井產量變化等因素影響，符合平衡要求的抽油機井占比僅為85.2%。因此，將日益發展的太陽能發電技術應用在抽油機系統中，利用可再生能源太陽能［2］，在不停機的情況下自動調整游梁式抽油機平衡，能夠極大地降低工人的勞動強度、提高油井產量、降低抽油機井能耗。

1　技術原理

該抽油機是在抽油機游梁尾部加裝一個可調節配重力臂的尾游梁，尾游梁上安裝有依靠太陽能儲能驅動的游標式配重體，控制系統根據抽油機平衡度，應用無線控制的方式控制配重游標向前或向后移動，從而調整抽油機的平衡度。游標式配重體采用太陽能電池板給蓄電池充電，用蓄電池帶動電動機驅動減速機和齒輪旋轉，通過與齒條嚙合帶動配重體前后移動，通過調節配重力臂達到調節抽油機平衡度的目的。

2　結構設計

2.1自平衡配重結構設計

抽油機井自平衡配重結構由懸掛式尾游梁、尾游梁可移動平衡重以及太陽能供電系統組成。自平衡配重裝置安裝在抽油機游梁尾部，上部安裝可調節的配重塊，配重平衡塊采用游標式結構。游標配重采取限位保護方式，在游標配重兩端設計接近開關，游標配重的有效行程長，平衡度調節范圍大，實現可靠的限位保護（圖1、圖2）。

圖1　自平衡控制裝置安裝示意圖

圖2　太陽能自平衡控制裝置設計圖

2.2太陽能配電系統設計

針對從地面控制箱處接電提供動力的常規布線方法存在的安全隱患，在抽油機尾游梁上設計可依靠太陽能儲能驅動的發電系統，可按油井地理位置在上部或側面設計太陽能板的安裝位置，其中太陽能電池板、蓄電池、電動機額定電壓為直流24 V［3］，以此控制尾部上的配重塊向前或向后按軌道移動，從而調整抽油機的平衡度，實現自平衡運行。自平衡控制軟件控制系統界面見圖3。

圖3　自平衡控制軟件控制系統操作圖

3　現場試驗

現場試驗改造機型為CYJ10-4.2-53HB，尾平衡及太陽能動力系統的裝置在地面進行一體設計，現場直接安裝（圖4）。

圖4　抽油機井太陽能自平衡現場

改造前電流平衡率為90.3%，改造后電流平衡率為98.8%（表1），改造前有功百米噸液耗電為1.939 kWh，改造后為1.725 kWh，下降了11.04%。實際測試表明，應用該技術后，油井有功節電率為11.04%，無功節電率為11.01%，綜合節電率為11.06%（表2）。改造后，游動平衡重可依據測試所得的平衡度水平進行自動移動，實現在每個沖程過程中的平衡調整。從改造前后有功功率曲線測試可知，不但降低了油井有功消耗功率，功率曲線變化更加平緩，而且通過自平衡有效消除了原有的負功功率（圖5）。

表1　試驗井改造前后生產及能耗數據

表2　試驗井改造前后測試節能效果對比

圖5　抽油機井自平衡改造前后有功功率曲線

4　結論

抽油機井利用太陽能進行自平衡調整設計自帶電源系統（太陽能），通過尾游梁平衡結構可自動實現游梁式抽油機的在線自平衡調整，改造后的抽油機具有自動調整平衡、節能、安全可靠等優點，能有效改善抽油機井的運行狀況，減少停機調整平衡時間，降低調參過程中的不平衡耗電。試驗表明，自平衡改造后抽油機井在線調整平衡率可達到95%以上，有功節電率達到11.04%。

［1］王雪玲，薛自建，蔣幽君，等.自平衡智能抽油機的研發及應用［J］.石油機械，2014，42（10）：82-85.

［2］鄧衛東.異相游梁抽油機可調式尾平衡裝置［J］.石油機械，2012（2）：60-63.

［3］韓東穎，蘇連超，劉佳麗，等.太陽能輔助供電節能式抽油機［J］.科技創新導報，2015（22）：33-35.

（編輯沙力妮）

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10.3969/j.issn.2095-1493.2016.05.002

趙明明，2013年畢業于東北石油大學（石油工程專業），從事油田采油工程工作，E-mail：44271333@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第六采油廠第二油礦，163114。

2016-02-01