抽油机井窄V 盘根松紧度与能耗关系的试验研究

姜骢（大庆油田有限责任公司第五采油厂）

矿场实践表明，盘根松紧度对抽油机井耗电量有影响。盘根过松会导致井口漏油，盘根过紧会引起电流上升、耗电量增加，目前在这方面还没有开展定量化研究，因此开展盘根盒松紧度定量研究工作，使盘根松紧度控制在合理区间，对降低抽油机井能量损耗具有十分重要的意义。

2014年4月，选择第二油矿十一区二队作为抽油机井盘根松紧度节能管理试验区，试验应用了盘根扭矩扳手，全队共有抽油机井184 口，开井160口，采用窄V 型盘根。

1 窄V 盘根

1.1 结构及性能特点

窄V 盘根横断面结构见图1。

图1 窄V 盘根横断面结构示意图

窄V 盘根横截面近似等腰梯形，包布层、压缩层、纤维层、缓冲层、强力层、伸张层和联结层共7层结构，具有以下优越的特性[1]。

1）具有一定的弹缩性。当盘根受压盖压紧时能产生足够的径向变形从而对光杆及盘根盒表面可以施加所需要的正压力，达到密封的目的。

2）具有润滑性。与相对运动的光杆接触的包布层的浸油性非常好，能够很好地润滑运动接触面；与光杆接触的梯形短边会形成一个狭窄的具有一定渗透性的储油通道，源源不断地向包布层提供润滑剂（产液中的原油），保证整个密封段润滑良好。

3）具有耐磨性。由于采用耐磨包布层等多层结构，且润滑效果良好，减少了摩擦系数和摩擦力，保证了盘根的耐磨性和使用寿命。

4）对油井产出液具有适应性。使盘根在使用过程中耐腐蚀、不溶涨，利于密封。

1.2 节能原理

抽油机井随着盘根上紧度的增加，正压力增加，且接触面润滑效应变差，摩擦系数增加，因而光杆与盘根之间的摩擦力增加，抽油机井的最大悬点载荷、最小悬点载荷以及交变载荷都会相应增加，根据抽油机平衡原理，无论上冲程、下冲程，电动机都要多输出能量，即能耗增加。反之，抽油机井随着盘根松紧度的降低，电动机要少输出能量，有功功率会相应下降，达到节能目的，节能量的大小与盘根松紧度下降幅度密切相关。

2 窄V 盘根扭矩扳手的改进

原来的盘根扭矩扳手，由扭力计和转换头组成，由于扭力杆尺寸较长，不便于携带使用和随时对松紧度进行检查，制约了该工具的推广，为此需要进行改进。

不足之处是给加盘根带来一定的不便。

将原来的盘根扭矩扳手缩小尺寸（图2），并作防盗连接处理后，焊接到盘根盒压盖上，这样单井就能够实现“在线”测量，方便盘根松紧度日常检查调整和随机抽查，同时对加盘根的影响也会减小。

图2 扳手改进前后对比

3 盘根松紧度节能规律研究

3.1 盘根上紧扭矩随扳手旋转角度变化

采用角度盘研究新旧盘根上紧扭矩随扳手旋转角度的变化规律。以盘根松紧度40 Nm 为起点，每旋转π/2，记录一次扭矩值，直到200 Nm，分别绘制曲线，见图3。

图3 扭矩值与旋转角度变化曲线

从曲线可以看出，随着旋转角度的增大，盘根扭矩也随之上升，新盘根上升速度比旧盘根快。

3.2 悬点载荷随上紧扭矩的变化

将盘根松紧度由40 Nm 调整到200 Nm，每10 Nm一个点，通过测量示功图得到各点的悬点载荷值，每个点测5 个示功图，取中间3 个值的平均值作为该点的悬点载荷值，以盘根松紧度为横坐标，以悬点载荷为纵坐标绘制曲线，见图4。

图4 载荷与扭矩变化曲线

从图4 可以看出，随着盘根松紧度的增加，最大载荷上升，最小载荷下降导致电动机额外做功，能耗也随之增加。

鬼子的轰炸机带着一股股旋风，从头顶上飞过。紧接着，阵地上响起一阵接一阵地动山摇的爆炸声。十几架飞机在阵地上盘旋飞舞，不停地往下丢炸弹。两个机枪手看到鬼子的飞机耀武扬威的样子，忍不住爬出防空洞，抱起机枪朝天上的飞机一顿狂射。

3.3 日耗电量随上紧扭矩的变化规律

将盘根松紧度由40 Nm 调整到200 Nm，每10 Nm一个点，通过系统效率测试仪测量各点的有功功率，每个点测5 个的有功功率值，取中间3 个值的平均值作为该点的的有功功率，然后折算出日耗电量。以盘根松紧度为横坐标，以日耗电量为纵坐标绘制曲线，见图5。

图5 耗电量与扭矩变化曲线

从图5 看出，随着扭矩增加，日耗电量增加，端点差值达到20.5 kWh。

3.4 盘根松紧度自然递减规律

盘根上紧后，其扭矩值随时间自然递减。选择机型、产液量、冲速不同的2 口井，研究盘根松紧度的自然递减规律，并确定合理的松紧度控制范围，试验井基础数据见表1。

3.4.1 X11-5-SB4022 井自然递减规律

将盘根紧至200 Nm 后，每2 h 录取一次扭矩值，待下降趋势稳定后延长录取周期，直至盘根出现微漏为止。根据所记录数据绘制扭矩随时间自然递减曲线和有功功率随时间自然递减曲线，见图6、图7。

表1 盘根节能试验井基础数据

图6 扭矩随时间自然递减曲线

从图6 可以看出，当盘根紧至200 Nm 时最初的24 h 内扭矩递减速度最快，24 h 后就已经递减至110 Nm，随后盘根扭矩随时间递减变缓，第5 天降至60 Nm，第10 天降至40 Nm。

图7 有功功率随时间自然递减曲线

统计以往松紧度维护上限值一般在110 Nm 左右，根据经验规定合理上限值为60 Nm，下限值为40 Nm[2]，这样该井原维护周期9 天，现维护周期5 天。

用积分法计算电量，原平均日耗电109.79 kWh，现平均日耗电106.93 kWh，日节电2.86 kWh，节电率2.60%。

3.4.2 X12-1-B287 井自然递减规律

同X11-5-SB4022 井一样，根据所记录数据绘制扭矩随时间自然递减曲线和有功功率随时间自然递减曲线，见图8、图9。

图8 扭矩随时间自然递减曲线

该井原维护周期9 天，现维护周期5 天。用积分法计算电量，原平均日耗电74.28 kWh，现平均日耗电71.67 kWh，日节电2.61 kWh，节电率3.52%。

图9 有功功率随时间自然递减曲线

通过对上述2 口井盘根松紧度的自然递减规律的研究，试验井平均单井日节电2.74 kWh，节电率2.97%，平均单井年节电904.2 kWh，创节电效益569.65 元。

4 结论

1）改进后的扭矩扳手可以安装在井口盘根盒上，方便了携带及避免了盘根松紧度的定量维护和现场检查，可以推广应用，为实现盘根松紧度管理节能创造了条件。

2）随着盘根上紧度扭矩值的增加，最大悬点载荷上升，最小悬点载荷下降，能耗增加；反之，能耗降低。

3）盘根扭矩维护界限值为40～60 Nm，维护周期为4～5 天。

4）采用积分法计算节电量比简单对比法更准确，节电率为2%左右。

[1]杜永彬.抽油机联组齿形窄V 带设计研究[D].东营:中国石油大学(华东):崔学政,2011.

[2]李阳.抽油机井皮带和盘根松紧度与能耗影响关系[J].石油石化节能,2010（6）:17-18.