螺桿泵驅(qū)動(dòng)裝置防反轉(zhuǎn)技術(shù)

趙云明

摘要： 地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪音小、耗能低、投資少、使用、維修方便等特點(diǎn) ，成為一種實(shí)用有效的機(jī)械采油設(shè)備。隨著螺桿泵配套工藝技術(shù)的日益完善，螺桿泵采油技術(shù)在油田推廣應(yīng)用中有著廣闊的前景 ，但在生產(chǎn)中也暴露出一些亟待解決的問題。螺桿泵采油井突然停機(jī)時(shí) ，抽油桿柱會(huì)出現(xiàn)脫扣問題 ，造成作業(yè)頻繁 ，增加了采油成本 ，影響油井正常生產(chǎn)。設(shè)計(jì)研制的井下防反轉(zhuǎn)裝置能夠解決抽油桿柱脫扣問題。

關(guān)鍵詞：液壓防反轉(zhuǎn) 螺桿泵

1、概述

錦州采油廠自2003年規(guī)模實(shí)施螺桿泵采油，截止到2016年12月正常運(yùn)轉(zhuǎn)井為255口，其中稀油井78口，稠油井177口，日產(chǎn)液6118t，日產(chǎn)油726t。隨著實(shí)施螺桿泵井?dāng)?shù)的增多，發(fā)生稠卡和砂卡的井次也在提高，扭矩釋放解卡作業(yè)的問題就擺在我們面前。

采用的常規(guī)機(jī)械式剎車的棘輪與棘爪回位彈簧長(zhǎng)時(shí)間工作，磨損嚴(yán)重后失靈，發(fā)生過因剎車失靈將光桿甩斷，驅(qū)動(dòng)輸入軸皮帶輪被甩碎的事故，這將成為生產(chǎn)過程中最大的不安全因素。為此，我們對(duì)螺桿泵驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了改造。

2.1進(jìn)口液壓驅(qū)動(dòng)裝置

PCM剎車裝置（圖1）由內(nèi)置齒輪泵、外置剎車鉗、剎車片組成。當(dāng)反轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪泵工作，液壓傳動(dòng)到剎車鉗，剎車鉗抱緊剎車片，降低反轉(zhuǎn)速度，直到反扭矩全部釋放。剎車性能穩(wěn)定，安全可靠。該驅(qū)動(dòng)裝置液壓剎車系統(tǒng)性能可靠，應(yīng)用至今未發(fā)生高速反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

但該驅(qū)動(dòng)裝置存在以下缺陷：

（1）機(jī)械密封下置式，易漏失，更換機(jī)封需吊車配合。

（2）承壓在0.2MPa，無法配合擠注類施工。

（3）電機(jī)配置功率低，僅為18.5千瓦，由于沒有變速箱，同樣功率的電機(jī)傳遞給主軸的扭矩沒有國(guó)產(chǎn)的帶有變速箱的驅(qū)動(dòng)扭矩大，進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器輸出最大扭矩為600NM，國(guó)產(chǎn)驅(qū)動(dòng)器輸出最大扭矩為1200NM。進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器僅能使用在GLB300泵型以下，下泵深度在900米以上。

（4）不適合在地層壓力不明或較高的油井使用。一旦油井壓力超過機(jī)封承壓，易發(fā)生無法控制的井噴事故。

為此，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上研發(fā)出適合錦州油田實(shí)際的新式液壓剎車，機(jī)械密封上置式，帶有承受高溫（不高于150℃）高壓（不高于20MPa）的新型驅(qū)動(dòng)裝置。

2.2改進(jìn)型液壓剎車

為此，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上研發(fā)出適合錦州油田實(shí)際的新式液壓剎車，機(jī)械密封上置式，帶有承受高溫（不高于150℃）高壓（不高于20MPa）的新型驅(qū)動(dòng)裝置。圖2為新式液壓剎車機(jī)械密封上置、帶有耐高壓封井裝置的螺桿泵新型驅(qū)動(dòng)裝置。

利用該方法測(cè)試油井動(dòng)液面原理簡(jiǎn)單，考慮到稠油和水的密度相差不大，其動(dòng)液面測(cè)試的誤差主要由壓力傳感器的精度決定，因此，通過泵下測(cè)試的壓力結(jié)果，即可實(shí)現(xiàn)油井特別是稠油井的動(dòng)液面的在線、準(zhǔn)確測(cè)試。

液壓剎車的原理：利用棘輪逆止器做單向機(jī)構(gòu)，主軸正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，剎車泵不工作，反轉(zhuǎn)時(shí)，單項(xiàng)機(jī)構(gòu)嚙合，帶動(dòng)剎車泵工作，向制動(dòng)鉗供油，液壓系統(tǒng)壓力升高，制動(dòng)鉗油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)制動(dòng)。初次制動(dòng)時(shí)間為停機(jī)后1-2秒，瞬時(shí)制動(dòng)后，液壓系統(tǒng)的定壓卸荷裝置使系統(tǒng)壓力降低，主軸卸扭矩，1-2秒后實(shí)現(xiàn)第二次制動(dòng)，停轉(zhuǎn)后壓力繼續(xù)降低，卸扭矩反轉(zhuǎn)，1-2秒后第三次制動(dòng)，依次不停地釋放—制動(dòng)—釋放—制動(dòng)…直至桿系統(tǒng)扭矩為零。正向起車時(shí)，液壓系統(tǒng)壓力為零，制動(dòng)系統(tǒng)不起作用，不影響主軸正向轉(zhuǎn)動(dòng)。特點(diǎn)是：高壓泵在驅(qū)動(dòng)器正轉(zhuǎn)時(shí)不工作，而進(jìn)口液壓驅(qū)動(dòng)器的齒輪泵一直在運(yùn)轉(zhuǎn)。國(guó)產(chǎn)驅(qū)動(dòng)器的高壓泵安裝在從動(dòng)輪軸上（進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器高壓泵安裝在主軸上）。利用從動(dòng)輪與主軸轉(zhuǎn)速比為6：1的特點(diǎn)，當(dāng)主軸倒轉(zhuǎn)一周時(shí)液壓剎車就開始工作，從而提高了剎車效果，延長(zhǎng)了高壓泵的使用壽命。

1-棘輪逆止器；2-高壓齒輪泵；3-皮帶；4-液壓油箱；5-高壓油管；6-制動(dòng)鉗；7-空心主軸；8-鍵；9-制動(dòng)盤

封井器原理：螺桿泵井正常工作時(shí)封井器處于開啟狀態(tài)，當(dāng)需要關(guān)閉封井器時(shí)，雙向同時(shí)旋緊鎖緊螺絲，直到卡緊為止?？ㄑ揽ňo光桿，承載桿的重量。密封件密封井口出油口以上。最大承載達(dá)到20Mpa，工作壓力15 MPa。

3、結(jié)論

改進(jìn)后的驅(qū)動(dòng)裝置能夠滿足油井生產(chǎn)技術(shù)要求：

（1）機(jī)械密封上置式，維修方便，更換機(jī)封不需吊車配合。

（2）工作承壓在15MPa，可以配合擠注類施工。

（3）電機(jī)配置功率低，為22-30千瓦，能滿足各種螺桿泵驅(qū)動(dòng)需求。

（4）可使用在高壓井上。高壓封井器關(guān)閉后，維修驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)不用放掉井內(nèi)壓力，更換零部件不需吊車配合。如需更換變速箱僅要自吊配合即可。

螺桿泵的大范圍推廣，我們應(yīng)進(jìn)一步加大螺桿泵新式驅(qū)動(dòng)裝置的研究與推廣，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，隨時(shí)改進(jìn)技術(shù)，最大限度滿足油田生產(chǎn)需求。

參考文獻(xiàn)：

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