游梁式抽油機承載懸繩器及無接頭毛辮子的研制與應用

劉偉

（中油遼河油田公司曙光采油廠采油作業二區，遼寧 盤錦 124109）

目前，各油田使用較多的游梁式抽油機為6－14型，最常用的是10型機，游梁式抽油機的工作原理是將動力電動機通過橡膠帶傳動驅動減速器，減速后經過四連桿機構（曲柄、連桿、橫梁和游梁等）把減速器輸出的旋轉運動轉換成驢頭的往復運動，在驢頭上裝有由吊繩和懸繩器組成的懸掛裝置，帶動抽油桿上下往復直線運動，抽油桿再把這個運動傳給井下抽油泵的柱塞，柱塞上下往復運動完成提升工作，從而實現油井地下采油工作。

1 游梁式抽油機承載懸繩器及毛辮子存在的問題

油田普遍使用的各型號的游梁式抽油機，其驢頭承載懸掛裝置（懸繩器）是驢頭和抽油桿連接的主要部件，現場使用這種連接方式的毛辮子有缺陷，其一是毛辮子承受力矩全憑兩個鋅錫錐頭；其二是鋼絲繩錐頭本身就很難用鋅錫合金焊熔接，二者之間很難達到良好的熔接，使用時間長了非常容易發生錐頭脫落現象；其三是使用周期短易發生傷人等事故（圖1）。

圖1 懸繩器、毛辮子、抽油桿連接圖

2 明確解決問題的方案——研制新型懸繩器

針對上述問題，該作業區找出3個可以選擇解決問題的突破口，整理成樹狀圖（圖2）。

該作業區相關技術人員對懸繩器及毛辮子各方面進行了分析、評估、數據計算，選定研制游梁式抽油機承重懸繩器及無接頭毛辮子的研制課題。

圖2 抽油機承載懸繩器對策方案樹圖

3 對老式懸繩器、毛辮子的使用情況進行調查及分析

對該作業區游梁式抽油機的懸繩器、毛辮子在2017～2018年使用的情況進行了調查，具體分類見表1。

表1 游梁式抽油機毛辮子使用周期短、安全系數低等因素調查表

在現場調查中，作業區技術人員找出了毛辮子本體與錐頭連接脫落的主要原因，并對圖3中的五條影響因素進行了逐條的分析、論證和確認。

（1）毛辮子設計結構不合理。毛辮子（鋼絲繩）本身就是一種很難用鋅錫合金熔接的材料，鋅錫錐頭和鋼絲繩之間很難達到良好的熔接，長時間在重載荷的使用下非常容易發生脫落現象。據2018年度統計，有81件條在重載荷的力矩下造成鉛堆脫落現象，占60%。

（2）機加工毛辮子合格率低。該作業區在機加工抽油機毛辮子時，部分為非正規機加工廠商生產，在生產使用過程中由于加工毛辮子質量不合格，在使用過程中造成毛辮子斷股、鋅錐頭脫落等，影響正常生產時率，2018年度統計有32件條出現了問題，占事故的23.7%。

（3）油井出砂結蠟。由于作業區油井的實際生產制度不合理及地層壓差的變化、油井出砂結蠟等諸多因素影響，給抽油機運轉及毛辮子帶來很大的慣性負荷，會造成毛辮子斷股、鋅錐的脫落等情況，影響正常生產，據統計2018年因為井負荷增大，未及時處理，造成毛辮子斷股4臺次，毛辮子鋅錐頭脫落12臺次。合計有16臺次，占事故的11.9%。

（4）現場操作煩瑣。在油井更換毛辮子時，利用吊繩將毛辮子提升到抽油機驢頭部位，操作人員將懸繩器套加在光桿上，受施工現場場地的影響，完成此項工作較為煩瑣、費時費力，多人配合安裝，增加了員工的勞動強度。

（5）員工技術水平低、操作不當。據2018年的統計，由于崗位員工技術水平低，操作方法不當造成毛辮子與鋅錐脫落4井次，占2.9%。

圖3 毛辮子與鋅錐連接脫落因果

4 對策的制定與實施

（1）針對毛辮子設計結構不合理。研制新型懸繩器（圖4）。

圖4 新研制的懸繩器示意圖

新型抽油機承載懸掛減震器裝置，毛辮子采用了閉環連接，在懸繩器底部為平面，左右兩邊為弧型的倒錐形，兩個弧形側面和底面上有連通的繩槽，該繩槽在底面上繞過抽油桿孔，成為一個“V”形，在繩槽外沿有若干個銷孔，鑲嵌繩體作用，在懸繩器底部設有檔板，固定底部螺絲，起到避免繩外串作用。

安裝時將毛辮子的一處掛在抽油機的驢頭上，另一處鑲嵌在懸繩器的繩槽中。毛辮子受力均等，其承受力方式為“面”，在懸繩器的上面設計安裝了抽油桿減振器，減振器使用的材料為澆注的異丙橡膠，作用是減緩抽油桿上下沖程力矩。

現場使用證明，新型毛辮子和懸掛減振器可靠性高、操作簡便，只需一人即可操作完成，使用壽命長、成本低廉，可以更有效的防止抽油桿斷脫、毛辮子斷股等事故的發生，比原有的懸掛裝置結構好，具有較好的實用價值。

（2）針對產品機加工合格率低。我們對作業區抽油機井使用的毛辮子質量合格率進行了調查，因為質量原因造成毛辮子斷股、鋅錐頭脫落等，對毛辮子存在的不足進行了質量調查。因加工毛辮子質量不合格，統計有32件條，對不合格產品我們技術鑒定后進行返廠處理，按照我們設計方案進行更換新型產品，合格率達100%。

（3）針對油井生產出砂、結蠟、負荷增大。根據油井的實測負荷的變化，制定相應的整改措施。①調整油井清防蠟管理制度32井次。②調整油井生產壓差15井次。③實施油井壓防措施優化設計5井次。

通過以上工作改進了油井的生產狀況，降低了油井的負荷，減少了毛辮子斷脫8井次，節約毛辮子加工成本0.56萬元。

5 應用新型懸繩器的效益評價

截至2018年12月，作業區現場已更換完成100臺，現場實施效果較好，節約維護費用8萬元，應用新型產品，提高生產時率，挽回產量150噸，創效4.09萬元，累計創效12.09萬元，達到了活動目標的要求。

（1）經濟效益。

實施前的單井年度維護費用：3條（毛辮子）×500元/條=1500元

實施后的單井年度維護費用：1條（毛辮子）×700元/條=700元

實施前年度維護費用：（100井次）=100條×1500元=150000元

實施后年度維護費用：（100臺次）=100條×700元=70000元

年度對比：150000-70000=80000元

實施前單井更換毛辮子約3小時，單井平均產量4噸/天，全年平均更換3次，即4/24×3×3=1.5噸，作業區更換100 井次，即 100×1.5=150 噸。

技術創新成果凈現值=（1-30%）×分成系數×∑｛〔年新增原油產量×（單位原油價格－單位生產成本）－稅金及附加〕=（1-0.3）×1×150×（750-360）×（1+10%）=40900元。

累計創效：80000+40900=120900元。

（2）社會效益。①減少了油井停井時間，挽回原油產量損失，提高時率，減少了工人的勞動強度。②新型懸繩器結構合理，避免毛辮子脫落事故的發生，安全性高，提高了員工在井口工作時的安全系數。③減小抽油桿工作力矩，減少作業費用，節省生產成本。