自调平衡游梁式抽油机的研制

高章迎，卞和满，李玲玲，高肇凌，刘长青，刘凯辉，杨　俊，郭 雪，张少雷

（1.河北华北石油荣盛机械制造有限公司，河北任丘062552；2.华北油田采油研究院，河北任丘062552）①

自调平衡游梁式抽油机的研制

高章迎1，卞和满1，李玲玲1，高肇凌1，刘长青2，刘凯辉1，杨俊1，郭 雪1，张少雷1

（1.河北华北石油荣盛机械制造有限公司，河北任丘062552；2.华北油田采油研究院，河北任丘062552）①

通过接收随机安装的抽油机平衡监测仪器的指令，使具有电驱动调平衡装置的游梁式抽油机可以实现自动平衡调节。自调平衡装置采用齿轮齿条传动，实现了游梁配重相对游梁的前后移动，从而对井口载荷的变化进行平衡调节，使抽油机达到最佳的平衡效果，达到节能的目的。

游梁式抽油机；齿轮齿条传动；自调平衡装置

目前，国内抽油机的保有量在20万台以上，并且每年还以5 000台的速度增加。在用的抽油机中大部分还采用常规游梁式抽油机，而其系统效率一般只有20%～30%，能耗占整个油田能耗的1/3［1］，系统效率低下。因此，节能成为有杆抽油系统的一个亟需解决的问题。为了实现抽油机节能运行，提高效率，各类节能型游梁式抽油机层出不穷，均在一定程度上达到了节能效果［2］。但是随着排采抽吸的进行，井下工况会发生变化，井下载荷随之变化，无论何种型式抽油机均无法实现自我平衡调节，需要人工操作。由于数量众多，分布广泛，油田不能及时对每台不平衡抽油机进行停机调平衡，只能针对个别不平衡非常严重的抽油机进行平衡调节［3］，这就

造成抽油机大部分工作时间内处于不平衡状态下运转，使抽油机的受力状况恶化，长期运转还将造成抽油机的损坏。针对这一问题，研制了一种自调平衡装置，通过与电控监测技术衔接，使抽油机与油气井运行参数有效结合，从而实现抽油机的实时最佳平衡效果，既减少了抽油机运行能耗，实现节能减排，同时又提高了抽油机的使用寿命，具有重要的现实意义。该装置已获得国家实用新型专利，专利号ZL 2012 2 0583483.9。

1　技术分析

1.1 整机结构

游梁式抽油机通过曲柄连杆机构实现上下往复运动，满足排采要求。游梁抽油机主要有游梁平衡、曲柄平衡、游梁曲柄复合平衡3种平衡方式，如图1所示。抽油机工作时，游梁平衡重始终以中央轴承座为圆心，上下摆动。曲柄及其平衡重以减速箱轴为圆心旋转运动。目前，游梁平衡重和曲柄平衡重都采用螺栓紧固等固定方式，不能自行移动，平衡调整需要人工操作，费时费力，这正是难以及时调整的原因。由于曲柄为360°旋转运动且速度较快，不易实现平衡重自动调节，所以确定将自调平衡装置安装在游梁上。因抽油机排采周期内载荷变化幅度较大，若采用单一纯游梁平衡方式，即使实现了游梁平衡自动调整，但调整幅度难以满足载荷的变化，仍需人工增减平衡配重质量来满足要求［4］。由于游梁平衡重距地面较高，操作存在困难，因此，研制的自调平衡抽油机采用游梁曲柄复合平衡方式，通过调节曲柄平衡块来实现抽油机大载荷平衡的调整，自调平衡装置来实现抽油机一定区间载荷的精确平衡调整。同时，游梁采用弯游梁平衡原理［5］，使抽油机运行规律更加符合载荷变化规律，因而抽油机的节能效果更加突出，如图2所示。

图1　游梁曲柄复合平衡抽油机

图2　自调平衡式抽油机

1.2 工作原理

自调平衡游梁式抽油机是在普通游梁抽油机上增加自调节平衡装置，从而控制游梁平衡重在副游梁上前后移动来平衡井口载荷的变化。使用中，控制系统自动对井下载荷数据进行采集、分析，判断抽油机的平衡状况，从而控制自调平衡装置电机的旋转，实现游梁配重的移动，将抽油机调整到最佳的平衡状况。

1.3 自调平衡装置的设计

自调平衡装置将游梁平衡重、齿轮机构、驱动电机等有机结合为一体，安装于副游梁上。在副游梁上表面固定有齿条，齿轮与齿条啮合，通过电机驱动齿轮机构转动，从而实现游梁平衡重在副游梁上的水平移动，如图3所示。电机的正、反旋转可实现游梁平衡重的前、后移动。在游梁的前后极限位置分别安装有限位开关，当游梁平衡重接触到限位开关时，电机断电停机，从而保证游梁平衡重在可控区间移动。为了保证自调平衡装置的安全运行，该机构配有防脱和自锁机构。齿轮齿条传动方式受雨、雪、风沙等恶劣天气影响小，适于长期在室外环境使用，且具有运行平稳准确、制造成本低、移动距离大的优点。该装置皮实耐用，符合抽油机每天24 h不停运转的工况要求。

图3　自调平衡装置

2　现场应用

目前，齿轮齿条自调平衡系列抽油机已经在山西煤层气开采中批量使用，现已在华北油田安装了200台，最长已经使用3 a多时间，运行平稳，安全可靠，减少了因人工调节平衡而造成的停机次数，大幅提高了生产效率。

经山西煤层气现场试验测试，其节能效果显著，系统效率提高5%，平均节电率约20%。

3　结论

1） 自调平衡装置能够实现抽油机的自动平衡调节，运行平稳，安全可靠，能够满足井场对抽油机的精确平衡调整要求，大幅降低了现场操作人员的劳动强度。

2） 其传动形式为齿轮齿条传动，结构合理，制造成本低，运行平稳，而且齿轮齿条受环境的影响较小，能适应长时间的野外恶劣环境。

3） 自调平衡游梁式抽油机的设计开发兼顾老抽油机的智能化改造，满足油田智能化建设和油井生产运行的需要。

4） 将自调平衡装置的抽油机与控制系统有机结合为一体，可以实现抽油机的手动、自动、远程平衡调节，提升了井场自动化管理水平。

［1］ 孙延安.游梁式抽油机合理平衡判别方法研究［J］.石油机械，2014，42（3）：72-75.

［2］ 张学鲁，季祥云，罗仁全.游梁式抽油机技术与应用［M］.北京：石油工业出版社，2001：85-132.

［3］ 赵亚杰，黄华，王卫刚，等.抽油机游梁平衡自动调节机构设计［J］.石油矿场机械，2013，42（11）：38-41.

［4］ 戴志宏.数字化抽油机在长庆油田采油六厂的应用［J］.石油矿场机械，2013，42（9）：94-97.

［5］ 章敬，李伟，李绍奇，等.CYJ5-1.8-18 HY型整体弯游梁式抽油机的设计和应用［J］.石油矿场机械，2008，37（9）：82-85.

development of Beam Pumping Unit for Automatic Balance Adjustment

GAO Zhangying1，BIANHeman1，LI Lingling1，GAO Zhaoling1，LIU Changging2LIU Kaihui1，YANG Jun1，GUO Xue1，ZHANG Shaolei1
（1.Rongsheng Machinery Manufacture Ltd.of Huabei Oilfield，Renqiu 062552，China；2.Oil Research Institute of Huabei Oilfield，Renqiu 062552，China）

Through the instruction of instrument which is monitoring the balance of pumping unit，the beam pumping unit achieved the automatic balance adjustment，which has a balance device driven by a motor.The device uses the gear and rack to realize the beam counterweight to move forward and backward compared with the beam，then to balance the change of the well-load，so the pumping unit realized the best balance effect and achieved energy saving.

the beam pumping unit；rack and gear drive；automatic balancing device

TE933.1

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2015.07.021

1001-3482（2015）07-0086-03

①2015-01-19

中石油华北油田科技基金项目“抽油机智能化技术研究”（2012-HB-B32）

高章迎（1983-），男，河北沧州人，工程师，硕士，主要从事采油机械设计工作，E-mail：gaozhangying＠163.com。