动平衡机械采油装置结构及原理与性能

姜彬

（大庆油田装备制造公司 抽油机制造分公司乘风铆焊厂，黑龙江 大庆 163411）

游梁式抽油机仍是油田机械采油中普遍使用的一种设备，通常与抽油杆及抽油泵配合使用。目前使用的各种类型抽油机，各自具有不同的特点及功能，以适应不同工况的需要，其中也不乏节能型抽油机。但是，普遍存在的问题是：在动力传输途中要耗掉很多无用功，造成能源的极大浪费；另外，减速箱中齿轮的运转产生不可避免的噪音，箱体密封随着工作时间延长也会产生漏油现象，对环境造成污染。而动平衡机械采油装置中无机械减速装置，避免了上述问题。

目前大庆油田有限责任公司油田装备制造集团生产的游梁式抽油机，与国内其他抽油机厂生产的游梁式抽油机大同小异，其共同特点为运行可靠性较好，但耗能大，耗材多，噪音高。为了克服这一不足，针对游梁抽油机进行了根本性改造，为此油田装备制造集团开发设计了动平衡机械采油装置。经过6个多月的多方努力及多次的改进，该动平衡机械采油装置在2008年8月6日安装在大庆油田的油井上进行工业试验，至今运行良好。

1 装置结构

图1 动平衡机械采油装置结构示意图

图1为动平衡机械采油装置结构示意图。动平衡机械采油装置由前驴头、游梁、后驴头、支架、底座、驱动轮总成、涨紧器总成、导向轮总成、增角轮总成、电机、导向支架、配重等部分组成。电控柜为整机运行的指挥中心，完全由电脑程序控制电动机的运行状态，因此整机运行平稳可靠。抽油杆吊绳是一根钢丝绳，弯曲后挂在前驴头的绳架体上，下端挂住悬绳器，悬绳器卡吊抽油杆。

游梁主体由钢板焊接成方箱结构，中间位置焊有支撑架，用于与支架上部的中央轴承座连接，两侧装有踏板，顶部焊有扶手。前驴头由钢板或型钢焊接而成，驴头设计为拆装式，可以利用驴头两侧的调整螺栓来调节左右对称位置，前驴头及后驴头分别挂在游梁的两端，且关于中央支承座对称分布。

支架是由型钢焊接而成，安装在底座上。支架上部安装有中央支承座，用以安装游梁，中央支承座可以通过4个调整螺栓实现移动，中央支承座内装有2套短圆柱滚子轴承。产品出厂时，轴承座内已按相关标准加注润滑脂，扶梯焊接在支架上，操作平台安装在支架上部。

底座由型钢组焊而成，驱动轮架焊在底座的后部，导向轮架焊在底座的前部，中间安装电动机和支架。电动机通过皮带带动驱动轮，增角轮安装在驱动轮架上，涨紧轮压在驱动绳上，并靠导向轮架上下移动。驱动带是一根尼龙橡胶带两端各卡一个绳夹，每套绳卡套一个环形钢丝绳，环形钢丝绳套根据尺寸要求把两端连在一起成了环形绳，然后将其一端挂在后驴头的绳架体上，而另一端再绕过驱动轮和增角轮、涨紧轮及导向轮，最后挂到前驴头的另一个绳架体上。

制动器安装在电动机上，是电动刹车装置，其刹车扭矩大于电动机额定扭矩的2倍以上，以便刹车安全可靠。配重的总质量根据不同的井深需要调节，配重靠导向支架的导向钢丝绳上下移动。

2 工作原理

图2为动平衡机械采油装置工作原理图。该机工作原理是：采用变频永磁同步电动机配备遥控控制柜，运用遥控器开机、关机、停止和调整冲程及冲次。运用底座连接支架作为该机的支撑，通过支承轴连接游梁及前后驴头，通过永磁同步电机正、反换向，通过两端固定在前驴头、后驴头的驱动带来实现抽油机的运转。后驴头内部浇注重约1t的水泥混凝土，并且借鉴前驴头工作原理，悬挂一个可调节净质量的配重，作垂直地面的往复运动。抽油杆上冲程时，前驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱，此时后驴头和配重箱从势能相对较高位置下行，对前驴头悬点做功，帮助电动机提升抽油杆和液柱。在动平衡机械采油装置未进行平衡的条件下，变频电机正转就会自动提供所需要的能量帮助抽油杆上行。在抽油杆下冲程时，动平衡机械采油装置杆柱转而对后驴头和配重做功，把他们拉到一个相对高的势能位置，为下一冲程储蓄能量，此时变频电机反转处于发电机的运行状态，其所产生的电能回馈到电网。动平衡机械采油装置采用这种对称平衡方式，运用柔性连接的方式进行传动，代替了普通游梁式抽油机曲柄回转离心力平衡方式，平衡精度更高。

图2 动平衡机械采油装置工作原理图

3 性能

（1）装置的动力系统是变频永磁同步电机系统，与异步电机系统相比节电率高，同时本机没有低效率的四连杆机构，所以比普通游梁式抽油机节电50％。

（2）装置运行时的功率因素cos φ大约在0.96以上，但普通游梁式抽油机的功率因素在0.3～0.5左右，可见本机无功损耗小。

（3）装置采用对称平衡方式，其平衡精度高（可达96％以上）因此节电率高，但普通游梁式抽油机采用回转离心力平衡方式，其平衡精度低（90％以下），平衡效果差，因此耗电率高。

（4）装置与普通游梁式抽油机不同，其在任何位置起动都很容易，这也带来节能效果。

（5）装置运用柔性连接的方式进行抽油工作运行噪音低（50dB），同时减小了抽油机的冲击载荷。

（6）装置电控柜装有采油装置参数控制板，通过遥控器来调节采油装置所需的参数，使该采油装置的参数调节非常方便。

4 主要技术指标

（1）悬点额定载荷：100 kN。

（2）冲程：13 m。

（3）冲次：0.5～6 min-1

（4）电动机型号：TYG180L-6-15 kW；功率：15 kW；转速149 r/min。

（5）平衡方式：游梁上对称平衡。

（6）结构不平衡重：5 kN。

（7）外廓尺寸：长×宽×高：6 m×1.3 m×7 m。

（8）总质量：10 600 kg

对比实验：

从目前正在运行中的大庆第一采油厂第七矿南四队高145-斜42号井上两种不同机器分别运行时的状态，来看其特点（见表1）：

表1 普通游梁式抽油机与动平衡机械采油装置性能对比实验数据表

5 结束语

通过实践证明和对比，动平衡机械采油装置具有耗材少、噪音低、节能效率高等特点，与普通游梁式抽油机相比，节电50％以上，节约原材料50％以上，噪音为（50dB），没有四连杆机构、没有齿轮减速箱，结构简单、安全、可靠，运行平稳，使用寿命长，具有自提配重的功能，因此安装整机、更换零、部件及挂抽油杆和悬绳器都方便容易。该装置为机电一体化设备，且遥控方式调节各项功能，同时可以入因特网，从而在网上可以对话，使用、维护、保养都非常简便。

[1]万邦烈.采油机械的设计计算[M].北京：石油工业出版社，1988.

[2]SY/T5044-2003，游梁式抽油机[S].

[3]关宝文.双驴头游梁变向抽油机[P].中国专利：ZL00208810.X，2001.

[4]新疆石油管理局机械制造总公司.对称平衡换向抽油机[P].中国专利：ZL01234577.6，2002.