新型前置式后平衡節能抽油機技術及應用

郭哲翀，丁 鵬，張錚一，李 波

（1.中國石化國際事業北京有限公司，北京 100029；2.中國石油渤海石油裝備制造有限公司鉆采裝備銷售公司，天津 300280；3.海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

目前，游梁式抽油機仍然是我國陸上采油的主要設備，約占采油油井數85%。但由于結構及使用條件的局限性，電機負載效率均在40%以下，特別在低能油井、間出油井上往往平衡效果及系統效率更低，所以要提高游梁式抽油機系統效率，首先要研究如何提高抽油機的平衡效果。抽油機不平衡時，上下沖程電機電流峰值增加，電機耗能增加，降低了機采井系統效率。應用表明，當抽油機平衡率在85%～100%時，能耗最低。對同一口井，平衡率在85%～100%時比平衡率＜85%的系統效率高1%～3%。

前置式后平衡游梁式抽油機，其結構為后平衡位置及平衡重量可調，在抽油機運行時可根據油井負載的變化，提前調整抽油機平衡狀態，提高運行效率。新型抽油機在設計上還可實現沖程可調、沖次可調，擴大抽油機運行時負載平衡的范圍，可大大提高抽油機現場應用平衡率，節電效果明顯，安全性也大幅提高。

1 結構及組成（圖1）

圖1 抽油機可調平衡裝置結構

2 主要部件功能

（1）懸繩器。吊繩下部掛住懸繩器，懸繩器是連接吊繩與光桿卡瓦的工具，懸繩器采用雙體結構，配有螺旋機構，以便與示功儀配合，測取示功圖。

（2）驢頭。驢頭為側轉結構，采用型鋼和鋼板組焊而成，裝于游梁前端。修井作業時，卸掉懸點負荷，使游梁停在水平位置，卸下同側兩件銷軸，將驢頭轉離井口上空。

（3）游梁。游梁主體采用具有較強抗彎和抗扭能力的箱式結構梁，游梁頂面設有扶手，側面裝有游梁走道。游梁前端安裝驢頭，中間與中央軸承座連接，尾部與平衡梁連接。

（4）中央軸承座。中央軸承座安裝在支架頂面上，用2 件壓蓋、4 件螺栓將中央軸承座與游梁連接，通過支架頂面上的頂絲調整軸承座在縱向上的位置。

（5）支撐裝置。支撐裝置是一套螺旋機構，一端為左旋，一端為右旋。調節沖程前，先將其與游梁底部的銷座連接，以支撐游梁，再卸去曲柄銷裝置，當曲柄銷安裝至新的位置后，再將支撐裝置與游梁脫離，斜靠在支架上。

（6）平衡梁。平衡梁為箱式結構，一端與游梁連接，另一端與平衡重連接。

（7）平衡裝置。平衡裝置主要由平衡重和平衡重安裝機構組成，平衡重設有多種不同的重量級別，通過不同的組合達到調節平衡的目的。平衡重調節機構主要由環鏈式電動葫蘆和吊具組成，懸掛于平衡梁內部的銷軸上。

（8）橫梁總成。橫梁總成包括軸承座和橫梁體，用螺栓與游梁連接，軸承座前后的頂絲用于限制橫梁軸承座沿縱向移動及減小軸承座與游梁連接螺栓的剪切力。

（9）曲柄銷。曲柄銷為左、右旋向各一件，曲柄銷裝置內裝有一副調心軸承，與錐套連接采用帶鍵結構，工作可靠，便于更換。

（10）剎車裝置。剎車裝置是一套剛性桿件連接的操縱機構，其一端連接于剎把上，另一端與于減速器主動軸端的剎車連桿相連接。剎車總成安裝在減速器主動軸上，剎車安全可靠。

（11）電機移動裝置。電機移動裝置包括電機及移動裝置兩部分，電機上備有3 個皮帶輪，以便調整沖次。電機和頂絲座均安裝在底座后部。

（12）底座。底座由型鋼組焊而成，底座后部加工有調節孔，用于調節電機位置及張緊橡膠帶。

3 抽油機調整

（1）平衡調整。抽油機平衡狀況的好壞，直接影響減速器和電機的負荷大小、使用壽命以及整機運轉的平穩性，因此，必須保證抽油機在平衡良好的狀態下工作。按后置平衡重量計算結果，對抽油機平衡狀態進行調整。

（2）沖程調整。沖程的改變是由改變曲柄銷裝置在曲柄上的位置來實現的。作業時先停機，剎死剎車，使游梁位于近似水平位置，再卸下井口負荷，用支撐裝置將游梁支住，然后使曲柄銷裝置與曲柄脫離。當曲柄銷調換至新位置后，將曲柄銷裝置與曲柄結合，將支撐裝置與游梁脫離，斜靠在支架上，掀開剎車保險裝置，松開剎車，即可投入運行。

（3）沖次調整。沖次的改變是由調換電機皮帶輪來實現的，如CYJQ14 沖次調整皮帶輪（表1）；應充分考慮光桿位置因數及扭矩因數，這兩項參數為游梁式抽油機運行的重要指標，同時也是新型抽油機同原普通形式抽油機進行平衡調整的重要計算參數，對于運行中抽油機測試和平衡塊調整，調高整機運行效率及使用壽命有重要意義，可采用計算機VB 語言設計得出實際運行的扭矩因數和光桿位置因數值，如CYJQ14 前置式后平衡光桿位置因數及扭矩因數值（表2）。

表1 沖次對應的皮帶輪直徑（公稱直徑）

表2 光桿位置因數和扭矩因數

4 平衡調整實現方法

抽油機在安裝前應根據油井井況和抽油機工況計算平衡重的重量，以免出現嚴重的不平衡現象：

式中 W平——估算所需的平衡重重量，N

P桿′——抽油機在油液中的重量，N

P液′——動液面以上，泵柱塞全斷面上的液柱重，N

q——每米抽油桿在油液中的重量，N/m

L——泵掛深度，m

R——油液比重，N/m3

I——動液面高度，m

F——泵柱塞斷面積，m2

根據抽油機配重計算結果，確定目前工況運行平衡狀態所需的配重塊重量，安裝前調整配重，并定期根據井位運行參數及平衡狀態進行評估，當工況發生較大變化時，需要重新計算平衡塊重量，根據結果調整抽油機運行平衡狀態，盡可能使抽油機運行在比較好的平衡狀態下，達到長期高效率運行。

5 現場應用

前置式后平衡抽油機的平衡調整技術，可實現對新安裝抽油機井位平衡重量提前預設，也可對正在運行的抽油機根據工況參數重新計算配重進行調整，還可根據井下油層滲透量、負載情況對抽油機沖程及沖次進行調整。本結構抽油機運行性能穩定，現場應用平衡度高，同傳統抽油機比較節能效果顯著、經濟效益豐厚、調整簡單，深受用戶青睞。目前該結構形式抽油機主要應用于長慶油田、延長油礦、中原油田、吐哈油田等地，特別是對于油田低產井、間出油井節能效果更明顯。