抽油機調偏作業安全操作的探索實踐

宮艷紅 喬志學 王鵬 胡豐山 裘瑞杰

（中國石油大港油田公司第三采油廠）

1 概述

抽油機作為油田開發機械舉升的重要設備之一，其應用占機械采油井80%以上。目前隨著地下水位的下降，地面下沉或地陷形成了漏斗區[1-3]。使地面上的抽油機設備受地面沉降影響發生明顯的位置偏移，從而引發抽油機驢頭、光桿與油井井口不對中，形成毛辮子偏磨、盤根盒偏磨、桿管偏磨的生產現象，長期運轉導致毛辮子斷裂、盤根盒漏失、桿管斷脫，其故障整改過程中增加員工現場維護工作量，增加安全風險和環境污染風險[4]。目前針對偏移量較小的抽油機多采用中軸頂絲的調節來實現校正，而對于偏移量大的抽油機來說，調整工作量和強度巨大，效果較差。陳旭[5]提出的毛辮子調整二次選用裝置有效解決毛辮子長期偏載運行造成的損壞及設備隱患。楊澤鑫[6]發明的偏磨預防技術可有效避免桿管失穩狀況，延長桿管工作時間。張國棟等[7]人研制的防偏磨、防漏油可調節盤根盒通過在調節座內腔裝彈簧、座體與調節座之間硅膠墊鏈接等方法，實現自動擰緊壓帽，自動調節光桿和密封圈間隙，取得了明顯的安全操作和環保效果。鄒洪超[8]研制頂舉抽油機專用裝置，用于解決機采井校正井口對中時，井口和光桿誤差偏量大，移動抽油機校正位移大，操作困難的問題，該裝置增加千斤頂大活塞端頭和抽油機底座角鋼的接觸面積，增加穩定性，消除接觸間隙，提高千斤頂操作的安全性。李林[9]應用臥式液壓千斤頂通過抽油機水泥基礎吊環作為千斤頂的支點，對6臺抽油機進行試驗進施工，成功率100%，使操作更加安全可靠，減少占產。近年來，張國強、宮艷紅等人發明了抽油機調偏裝置[10]，現場應用由底板、定位螺栓、定位塊、受力背板、防脫卡子、定位孔組成的調偏裝置后，通過對抽油機底盤進行調整，使調偏時間由136 min降至62.2 min，既滿足了油井時率增產的需要，又解決了抽油機偏磨的問題，實現了安全生產和環境保護的雙贏。

2 抽油機調偏機理

2.1 抽油機調偏裝置的結構

調偏裝置的設計結構提供了固定支撐點和受力點，預防了千斤頂的滑脫，主要由底板、定位螺栓、定位塊、受力背板、防脫卡子、定位孔組成。

調偏裝置的底板為長方形鋼板，厚度為20 mm，長度為450 mm，在長度方向上均布3個直徑相同的定位孔；定位螺絲為卡擋式螺栓，螺栓底部為正方體結構的定位塊，長寬高均為9 mm，其上有螺紋螺桿，頂端有配套螺母，定位螺栓通過定位孔貫穿底板；受力背板由一個長方形鋼板和兩個角形鋼板焊接而成，厚度均為20 mm，高度150 mm，垂直焊接在底板長度方向的一端；防脫卡子由3 mm鋼板加熱制弧而成，而底板通過螺栓固定，抽油機調偏裝置結構見圖1。

圖1 抽油機調偏裝置結構Fig.1 Deviations device of pumping unit

2.2 調偏裝置的使用條件及設計依據

2.2.1 使用條件

調偏裝置用在抽油機整機校正中，達到驢頭與井口對中的目的，通過將調偏裝置安裝固定在抽油機水泥基礎預埋件內，使千斤頂與抽油機底盤建立有效連接，同時為千斤頂提供穩固的支撐點和受力點，確保在穩定的狀態下進行頂舉作業，將調偏裝置安裝在水泥基礎縱向、橫向不同的位置，配合螺旋千斤頂柱塞伸長，實現抽油機底座在水泥基礎上向前、后、左、右四個水平方向移動，調偏裝置使用條件為抽油機整機偏移量大于或等于3 cm，10-14型游梁式抽油機，水泥基礎上有5～7組預埋件。

2.2.2 設計依據

依據摩擦力計算方程，其大小與滑動摩擦力和動摩擦系數呈正比例關系，為進一步驗證調偏裝置能夠實現抽油機底盤在水泥基礎上的移動，從而對抽油機進行調偏作業，進行了模擬計算實驗，結果如下：

以14型游梁式抽油機，采用32 t螺旋千斤頂為例：已知32 t千斤頂提供最大推力：f為313 600 N。

鋼鐵底盤與水泥基礎的最大摩擦力公式：

式中：f為千斤頂最大推力，N；μ為動摩擦系數；FN為滑動摩擦力，N。經計算最大摩擦力為22 966.8 N。

因為，千斤頂最大推力313 600 N大于底盤與水泥基礎間的最大摩擦力229 966.8 N，故32 t千斤頂可實現成功推動抽油機底盤。

3 現場應用

3.1 現場實施步驟

抽油機調偏裝置可調整10-14型游梁式抽油機，配套千斤頂為32 t螺旋千斤頂。安裝時，調偏裝置的定位塊與基礎預埋件尺寸吻合。抽油機調偏現場見圖2。

具體實施步驟如下：卸掉抽油機負載，卸松全部壓杠螺栓；卸掉調偏部位的壓杠螺栓，并取出壓杠；將定位塊放進預埋件內，將調偏裝置與基礎固定在一起，安裝好調偏裝置；固定千斤頂，緊固好防脫卡子；按壓千斤頂螺桿，使柱塞伸長，推動抽油機底盤，實現水平推移。

圖2 抽油機調偏現場Fig.2 Deviation of pumping unit

3.2 現場試驗效果

調偏裝置在大港油田第三采油廠的5臺抽油機設備上進行了初始試驗，平均操作時間由原來的136 min降至62.2 min，成功率100%，操作人員由原來的5人減少至3人，勞動強度明顯降低，安全系數明顯提高；同時抽油機校正好，井口偏磨現象明顯減少，設備配件損壞頻次降低，盤根盒平均漏失周期由17 d延長至88 d，大大降低了環境污染風險，實現清潔生產。現場試驗效果統計見表1。

4 調偏裝置的創新點

1）創新了抽油機整機水平調偏的技術。首次提出底座水平調整概念，剖析了整機位移的關鍵因素，揭示了千斤頂與受力背板調偏的協同增效機理，發明了抽油機調偏裝置。

2）應用了高強度支撐方式。高強度受力背板和定位塊，使水平方向推力更為可靠，將高處中軸調偏改為地面底座調偏。

3）依托了設備基礎現有條件。與抽油機基礎預埋件配合固定，支撐點更加穩定。

5 效益分析

以一臺抽油機調整為例，減少吊車臺班費800元/井次。實現時率增產，井口偏磨泄漏和抽油設備整改影響單井產量年均1 t，按當前原油銷售價格3 500元/t計算，單井創效4 300元井次，目前應用了42井次，累計創效18.06萬元。

抽油機調偏裝置的安全操作方法解決了制約采油一線安全生產的難題，進一步提高了現場操作安全系數，提高了生產時率，對預防抽油機偏移引發的盤根盒漏失效果突出，在有桿泵采油中實用性非常廣泛，具有良好的經濟和社會效益。

表1 現場試驗效果統計Tab.1 Statistics of field test effect

6 結論

1）抽油機調偏裝置的支點牢靠，大幅提高安全性能。千斤頂雙向支撐，改變了千斤頂的支撐與固定方式，在降低操作風險、降低勞動強度、提高設備管理水平上效果明顯。

2）有效降低了抽油機調偏操作時長，減少了停井占產時長，對提高安全操作系數，提高油井有效生產時率效果突出。

3）對抽油機進行了精準校正，改善偏磨效果良好。特別是盤根盒漏失現象得到明顯改善，達到了保護環境，清潔生產的目的。

4）建議選擇抽油機密集開發區塊應用抽油機調偏裝置，可規模減少調偏過程中產生的安全風險，規避環境污染，達到安全環保的目的。