油田抽油機的節(jié)能裝置

張超 馮耀輝 陳祥國 吳滇 張弛 林盛昌

【摘? 要】為了解決目前市場上抽油機功耗大、維修費用高昂的問題，論文介紹了對油田抽油工作的節(jié)能控制和操作優(yōu)化，并且分析了抽油系統(tǒng)觸摸屏的操作界面。通過SolidWorks軟件進行機械結(jié)構(gòu)的設計，通過步進電機、觸摸屏、平衡塊、M型結(jié)構(gòu)，來實現(xiàn)抽油過程要求的動作，使得抽油過程能夠節(jié)省更多的資源，提高資源的利用效率，減少抽油機的故障率，從而減少維修費用。

【Abstract】In order to solve the problem of high power consumption and high maintenance cost of pumping units in the current market， this paper introduces the energy saving control and operation optimization of oil pumping， and analyzes the operation interface of the oil pumping system touch screen. SolidWorks software is used to design the mechanical structure， and the stepper motor， touch screen， balance block and M-type structure are used to realize the action required in the pumping process. So that the pumping process can save more resources， improve the utilization efficiency of resources， reduce the pumping unit failure rate， thereby reducing maintenance costs.

【關(guān)鍵詞】機械結(jié)構(gòu);平衡塊;高效率;電機

【Keywords】mechanical structure; balance block; high efficiency; motor

【中圖分類號】TE933? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）08-0178-02

1 引言

機械采油法是如今油田生產(chǎn)中最主要的采油方式，游梁式抽油機作為歷史最久、使用最廣泛的抽油機依舊是今后油田生產(chǎn)的主要設備。傳統(tǒng)型的游梁式抽油機己無法滿足現(xiàn)階段油田生產(chǎn)的要求。若要其實現(xiàn)“長沖程，少沖次”的效果，需要在改變減速箱的扭矩比例的同時增加曲柄尺寸，以及改變傳統(tǒng)的抽油機的機械結(jié)構(gòu)，減少其使用的器件，這樣一來，才可以保證在游梁擺角的限制范圍內(nèi)，最大程度地擴大驢頭的運動范圍，達到增加沖程的目的。開發(fā)研制出滿足現(xiàn)狀的新型抽油機成為石油機械工業(yè)中的重要課題。降低生產(chǎn)能耗、提升生產(chǎn)效率和增加操作的安全性是油田油井的發(fā)展方向，這就要求我們應加快技術(shù)創(chuàng)新與設備的發(fā)展。

2 功能介紹

2.1 工作原理

①抽油機采用無游梁設計結(jié)構(gòu)，設計一種平衡塊進行勢能儲存，在抽油桿上升的過程中，利用平衡塊與電機直接配合拉動抽油桿，從而實現(xiàn)在抽油機工作過程中降低能耗的目的。②利用平衡塊替代減速機可能會導致平衡塊與抽油桿之間存在平衡差，通過M型的電機安置法來實現(xiàn)單電機彌補平衡塊和抽油桿的平衡差。

2.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原理

2.2.1 單個零件圖

該產(chǎn)品由一個步進電機、平衡塊、抽油桿組成一個M型的結(jié)構(gòu)來帶動整個抽油的過程。一臺步進電機配合著平衡塊拉動著抽油桿上下運動，帶動我們整個裝置的運動，如圖1、2所示。

2.2.2 整體原理圖

該“油田抽油機的節(jié)能裝置”由平穩(wěn)的支架、底座、設定好的活動區(qū)運動桿、平衡塊以及M型結(jié)構(gòu)裝置組成，可以按設計要求達到所做的動作，如圖3所示。

2.3 產(chǎn)品的電氣控制原理

2.3.1 電氣控制原理

當操作人員按下啟動按鈕時，PLC收到一個輸入信號，這時抽油機抽油桿系統(tǒng)先開始工作，Y0首先輸出使得抽油桿到達指定的深度，一段時間以后，Y1輸出將設定好重量的平衡塊利用電機的操作來實現(xiàn)陪重，使得抽油桿上升到指定位。最后整個系統(tǒng)復位重復以上操作。直到按下停止按鈕時，系統(tǒng)停止工作。電氣控制原理如圖4所示。

2.3.2 PLC梯形圖

本系統(tǒng)采用了三菱FX-2N系列PLC。部分PLC程序圖如圖5所示。

“油田抽油機的節(jié)能裝置”三菱FX2N系列PLC控制I/O口分配如表1所示。

3 功能及指標

3.1 基本功能

①本系統(tǒng)可以將傳統(tǒng)的抽油機進行一個很大的跨進，我們不只是對抽油機的工作方式進行創(chuàng)新，更是對所配備的電機進行自主性的開發(fā)設計制作，大大地提升節(jié)電率;原先可能需要5kW，現(xiàn)在將減少到2kW左右，節(jié)電率將高達30%～40%。②現(xiàn)場操作人員不需要再擔心電機出現(xiàn)一些不必要的因數(shù)，或者在其他不好的環(huán)境下作業(yè)，可大大減輕工作人員的心理負擔，使他們的勞動成果得到最大限度的回報。③本系統(tǒng)可以全天候的工作，我們后期將會在抽油桿上下文章，將原來一整條的抽油桿模式換為“間段式”，減少抽油機處理時的人力以及財力的投入，大大加快了抽油機處理的速度，并且效率只會更加提高不會降低。

3.2 相關(guān)指標

①改變傳統(tǒng)抽油機的游梁式結(jié)構(gòu)，采用了比較新穎的無游梁式結(jié)構(gòu)。②利用平衡塊替代傳統(tǒng)抽油機大能耗的減速機，使得電機和平衡塊配合能夠直接拉動抽油桿工作。③在抽油機工作時可達到高節(jié)能的功能，并能及時利用M型的電機安置法來實現(xiàn)單電機彌補平衡塊和抽油桿的平衡差，具有較低的成本、高性能、使用壽命長等優(yōu)點。④通過該裝置能夠減少運行過程中一些耗能設備的使用，從而使得抽油機的能耗大大降低。⑤本系統(tǒng)采用電動和懸重平衡作為動作方法，使整個系統(tǒng)非常的節(jié)能環(huán)保并且操作簡單、靈活、方便。

4 結(jié)語

設備的整體性能完整化，有利于現(xiàn)代抽油工作的進行，在原有的無游梁抽油機基礎上降低了抽油機的制造成本和工作煩瑣程度，并且緩解了能源消耗大的問題。整套裝置完整性良好，各方面動作完整無誤。

【參考文獻】

【1】向曉漢，等.PLC控制技術(shù)與應用[M].北京：清華大學出版社，2010.

【2】廖常初.PLC編程及應用[M].北京：機械工程出版社，2008.