塔架式抽油机在冀东油田的应用

郭景芳 （中国石油冀东油田公司）

塔架式抽油机在冀东油田的应用

郭景芳 （中国石油冀东油田公司）

近年来，由于冀东油田油井井深增加、开采条件变差、土地资源的制约等原因，使游梁式抽油机在适应性方面出现一些问题，主要表现为能耗高、质量大，占地面积大，不能满足大悬点负荷、长冲程、低冲速的工况要求等。为解决上述问题，自2010年以后开始批量使用塔架开关磁阻电动机型无游梁式抽油机（以下简称塔架式抽油机），它占地面积小，适用于井位密集，井场狭小的工况；而其长冲程、低冲速的特点，可减少杆、管偏磨，延长杆、管使用寿命。此抽油机还能够满足高负荷、调参方便、节约电能等要求，具有广阔的应用前景。

冀东油田；塔架式抽油机；结构和原理；节能；应用

引言

冀东油田应用无游梁抽油机主要基于以下考虑：

1）冀东油田地处曹妃甸区和渤海湾，土地资源紧张。近年曹妃甸工业区的快速发展，导致征地成本越来越高；油田周边的虾池鱼塘星罗棋布，可供使用的土地面积十分有限；填海造地、造岛的开发方式，要求必须高效地使用土地资源，因此要求抽油机尽量少占用土地。

2）冀东油田油井普遍较深，平均下泵深度大于2000 m，部分油井下泵深度达2500～2700 m。游梁抽油机，因其冲程较短，冲程损失相对较大，导致泵效较低；而高负荷、长冲程的游梁抽油机，其体积庞大、占地大；因此，需要能满足悬点负荷大、长冲程、占地小等要求的新型抽油机。

3）冀东油田大斜度、大位移井越来越多，导致杆、管偏磨的矛盾突出，因此希望使用低冲速、长冲程抽油机，来减缓杆、管磨损，延长检泵周期。塔架式抽油机冲速可以低于1 min-1，能较好地满足此要求。

4）近年来，油田严格控制人力资源增长，通过建设数字化油田，改变了传统生产管理模式，导致设备操作人员大幅减少，要求抽油机调节冲程、冲速以及平衡调节的工作尽可能简化，因此倾向于使用数字控制的抽油机。

5）越来越严格的节能要求，促使油田希望在抽油机节能方面取得显著成效。

塔架式抽油机能够较好地满足上述要求，冀东油田积极探索推广应用该机型替代游梁式抽油机的可行性。

1 结构与原理

塔架式抽油机（图1）主要由底座、滚筒、减速器、开关磁阻电动机调速系统（SRD）、制动器、塔架、前轮、后轮、配重箱、控制柜等组成。

塔架式抽油机工作时，电动机通过电控系统控制实现正反转动，经减速器驱动滚筒正反转动，由滚筒缠绕或释放驱动带、配重带以带动光杆上下往复运动。当电动机逆时针转动时，滚筒缠绕驱动带，光杆上行，同时释放配重带，配重箱下行；当电动机顺时针转动时，滚筒释放驱动带，光杆下行，同时缠绕配重带，配重箱上行[1]。

塔架式抽油机配有PLC控制器和文本显示器，调参方便，可实现远程监控。

2 节能机理

塔架式抽油机具备的结构与性能特点，使其具备良好的节电性能，表现为3个方面。一是采用天平平衡的方法。理论上配重箱的配重量为抽油机运行过程中最大悬点载荷与最小悬点载荷之和的一半。通过调节配重砝码数量，可以实现较高质量的平衡，相比游梁式抽油机，平衡调节方便、准确，电动机输出扭矩波动小，电动机处于发电状态工况少，运行平稳。二是采用开关磁阻调速电动机（SRD）调速系统，相比变频调速电动机，具有良好的节能效果（图2）。表现为：电动机空载电流小于额定电流的3%（表1），保证空载和轻载条件下高效率；SRD调速传动系统启动转矩大，启动电流小，在启动转矩达到电动机额定转矩的1.5倍时，启动电流仅为额定电流30%，保证抽油机高效启动；转速和负载转矩在较大范围变化时均有很高的效率（表2）；SRD系统具有超强的启动能力和快速响应能力，因此，SRD调速系统非常适合塔架式抽油机频繁换向、负载波动大的工况。三是塔架式抽油机的大悬点负荷能力，可允许抽油泵下到动液面以下更深的位置；低冲速特性可以减少抽油杆柱的动载荷，延长泵的进液周期；长冲程特性可减少抽油泵的冲程损失。以上特性能够显著提高泵的充满度和杆柱的有效冲程，从而提高泵效[2]。

图1 塔架式抽油机结构

表1 SRD与变频调速空载电流对比

表2 SRD与变频调速效率对比

图2 SRD与变频调速空载电流对比

委托集团公司油田节能监测中心对冀东油田现场应用的塔架式抽油机与游梁式抽油机进行相同工况对比测试，测试结果见表3。更换前，游梁式抽油机有功单耗为2.27 kWh/t100m，无功单耗为1.94 kvarh/t100m；更换后，塔架式抽油机有功单耗为1.84 kWh/t100m，无功单耗为1.75 kvarh/t100m。对比测试证明，塔架式抽油机综合节电率达到19%。

表3 抽油机节能测试测算数据

3 性能特点

1）配重箱后置。当抽油机工作时，塔架重心靠近塔架中心，可避免因抽油机重心靠前造成基础前端下沉的问题；另外，还便于吊装配重箱和调整配重作业。

2）驱动系统位于底座上。此特点降低现场组抽难度，方便日常检查维护，降低塔架振动。

3）采用钢丝绳芯输送带作驱动带和配重带，抗拉强度高，抗疲劳，耐磨损，耐腐蚀环境，使用寿命长久。表面硫化耐磨织物层，避免橡胶带相互接触时发生粘连。

4） 调参方便：控制系统调参简便，数字显示，在线调参，具有实时监控功能，并可将井口参数、抽油机参数上传至中控室，实现远程监控等功能。

5）维护简单：驱动组件置于底座上，便于对电动机、减速箱、滚筒、联轴器、制动器和轴承等部件的日常检查维护。

6）断杆保护功能：光杆断脱瞬间即可自动实现制动，无配重箱坠落危险。

7） 前轮回收方便：修井作业时，操作旋钮驱动电动丝杠回收前轮，水平退距超过800 mm。

8）控制功能完善：采用开关磁阻电动机及配套控制系统，具有过载保护、缺相保护、光杆断脱后的自动制动刹车等功能。设置两组位置传感器和行程限位开关，保证在一组出现故障时，抽油机仍能可靠运行。在电控柜内预设数据信号输出接口，为采集抽油机运行数据提供条件。

4 推广应用

自2010年至今，塔架式抽油机已在冀东油田应用超过300台，遍及陆上和人工岛。该抽油机经过6年现场批量应用检验，发现机械与电控系统存在设计缺陷和可靠性不高的问题。通过处理存在的问题，其可靠性大幅度提高，机械系统已基本达到无故障、长寿命运行，电控系统故障率很低，对生产运行无影响，产品性能趋于成熟。

应用塔架式抽油机带来下述效益：

◇能够满足大负荷、长冲程、低冲速的性能要求以及海洋大气环境要求；

◇调整冲程、冲速及配重的工作量和成本很低；

◇可靠性较高，检查维护方便，易损件少，日常维护成本较低；

◇显著减少占地，只相当于游梁抽油机的55%，具有良好的节能效果；

◇有助于减缓杆、管磨损，延长检泵周期；

◇有助于减少安装与修井作业工作量。

现场应用表明：塔架式抽油机占地面积小，适用于井位密集、井场狭小的工况，特别适用于人工岛采油作业；长冲程、低冲速的特点，可减少杆、管偏磨，延长杆管使用寿命；冲程、冲速连续可调，满足油田深斜井的生产需求。该抽油机能够满足高负荷、长冲程、低冲速、调参方便、节约电能、占地小的要求，已成为南堡油田的主力机型。大负荷、长冲程的塔架式抽油机相比游梁式抽油机还具有制造成本优势。实践证明，塔架式抽油机的可靠性能够满足油田开发生产需要，具有广阔的应用前景。

[1]马强.塔架式长冲程抽油机原理及应用[J].石油矿场机械，2008（1）：80-83.

[2]韩辉.塔架式抽油机举升技术应用[J].石油石化节能，2015（12）：22-24.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2016.08.013

2016-04-28

（编辑 李珊梅）

郭景芳，工程师，2004年毕业于中国石油大学（华东）（石油工程专业），从事油田节能管理工作，E-mail：gjf@petrochina.com.cn，地址：河北省唐山市路北区光明西里51#甲区，063004。