黃 偉,劉 顯,吉效科,林 泉,高長樂,龔曉明

(1.長慶油田分公司油氣工藝研究院,西安 710018;2.新疆第三機(jī)床廠,烏魯木齊 830013)

CYJ7-2.5-26HY型抽油機(jī)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

黃 偉1,劉 顯1,吉效科1,林 泉2,高長樂2,龔曉明2

(1.長慶油田分公司油氣工藝研究院,西安 710018;2.新疆第三機(jī)床廠,烏魯木齊 830013)

CYJ7-2.5-26HY型整體彎游梁式抽油機(jī)是針對低滲透油藏而設(shè)計(jì)的新型節(jié)能抽油機(jī),解決了長慶油田部分油井使用 8型機(jī)懸點(diǎn)載荷過剩,使用 6型機(jī)懸點(diǎn)載荷不足的問題。該型抽油機(jī)采用游梁平衡方式,平衡率高,節(jié)能,使油田實(shí)現(xiàn)了設(shè)備選型和生產(chǎn)運(yùn)行精細(xì)化管理,降低了生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞:低滲透油藏;游梁式抽油機(jī);沖次;游梁平衡

長慶油田油藏大多屬于低滲透和超低滲透型,原油粘度低,供液量不足,原有抽油機(jī)型及參數(shù)存在生產(chǎn)參數(shù)大于供液能力的現(xiàn)象。其中,有部分油井懸點(diǎn)載荷在 60 kN左右,使用 6型抽油機(jī)時(shí)超載,而使用 8型抽油機(jī)又造成了浪費(fèi)。為了實(shí)現(xiàn)油田精細(xì)化管理,降低產(chǎn)能建設(shè)投資費(fèi)用,2007年初,長慶油田提出開發(fā) 7型超低沖次抽油機(jī)的計(jì)劃。

1 總體結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的游梁式抽油機(jī)[1]工作可靠,使用壽命長。由于采用曲柄平衡方式,不易調(diào)節(jié),平衡率低,不節(jié)能[2]。為了保留其優(yōu)點(diǎn),克服其不足,設(shè)計(jì)了如圖 1的整體彎游梁式抽油機(jī) (專利號 ZL 2007 2 0200372.4、ZL 2007 2 0200374.3)。其顯著特點(diǎn)是取消了曲柄平衡,將傳統(tǒng)的直游梁設(shè)計(jì)成整體彎游梁。由于采用游梁平衡方式,連桿組件受力減小,大幅度降低電機(jī)、皮帶、減速器的負(fù)荷,使用壽命大幅度提高,維護(hù)成本明顯降低。保持了抽油機(jī)的傳統(tǒng)傳動(dòng)模式,采用低速電機(jī)實(shí)現(xiàn)超低沖次。驢頭上死點(diǎn)時(shí),配重箱接近地面,小塊配重(25 kg/塊)從側(cè)面插放在配重箱中,可輕松加減,使平衡可調(diào)至較高水平并易維持,配重箱做有防盜、防掉落機(jī)構(gòu),節(jié)能并保護(hù)抽油機(jī)。增加了調(diào)沖程支撐裝置,調(diào)沖程時(shí),把游梁與支架鎖住,生產(chǎn)運(yùn)行時(shí),將支撐裝置固定在支架上。不需要吊車或吊鏈輔助,2～3人就能輕松調(diào)沖程[3]。

圖1 整體彎游梁式抽油機(jī)

2 超低沖次技術(shù)方案

長慶油田油藏大多屬于低滲透和超低滲透型,原油粘度低,供液量不足,存在生產(chǎn)參數(shù)大于供液量的現(xiàn)象。開發(fā)超低沖次抽油機(jī)能較好地解決這些問題。

2.1 方案比較

抽油機(jī)的沖次與傳動(dòng)系統(tǒng)的減速器傳動(dòng)比、配置電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速、減速器大皮帶輪與電機(jī)皮帶輪配比有關(guān),可通過增大抽油機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比和降低配套電機(jī)額定轉(zhuǎn)速來降低沖次,表 1對常用的 4種實(shí)現(xiàn)超低沖次的技術(shù)方案進(jìn)行了比較。

油田設(shè)備的第一要求是高可靠性,根據(jù)方案優(yōu)缺點(diǎn)對比,采用低速電機(jī)是最可靠、經(jīng)濟(jì)的方案,可以實(shí)現(xiàn)最低沖次 2.5 min-1,并保持了傳統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式和維護(hù)管理模式,同時(shí)保證了抽油機(jī)互換性。

2.2 電動(dòng)機(jī)的選取

根據(jù)長慶油田的生產(chǎn)實(shí)踐,8型機(jī)用 15 kW電機(jī)、6型機(jī)用 11 kW電機(jī)就基本能滿足生產(chǎn)需要。對于產(chǎn)液量較低、要求沖次低時(shí),CYJ7-2.5-26HY型選用 Y180L-12/11 kW電機(jī),額定轉(zhuǎn)速 460 r/min;最低沖次達(dá)到 2.55 min-1。對于產(chǎn)液量較高、要求沖次較高時(shí),選用 Y200L-8/15kW電機(jī),額定轉(zhuǎn)速為730 r/min。

表1 方案優(yōu)缺點(diǎn)對比

3 扭矩分析

整體彎游梁受力如圖 2所示,對鉸支點(diǎn)O滿足

W×A=G×L+F×R+T

式中,W為懸點(diǎn)載荷;A為游梁前臂長;T為動(dòng)力機(jī)經(jīng)減速器和連桿傳遞至游梁的力 f對O點(diǎn)的力矩;G為配重裝置重力;F為配重慣性力;L為配重有效力臂;R為配重重心運(yùn)行軌跡曲率半徑。

由于A是定值,懸點(diǎn)載荷對O點(diǎn)的力矩W×A的變化規(guī)律就完全由懸點(diǎn)載荷W的變化規(guī)律(即示功圖)決定;抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中配重的有效力臂 L也呈周期性變化,配重裝置對O點(diǎn)的力矩 (G×L+F× R)與懸點(diǎn)載荷對 O點(diǎn)的力矩W×A鏡象擬合得越好,T就越小,從而達(dá)到降低曲柄軸凈扭矩峰值及電機(jī)功率,實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

圖2 游梁受力分析

減速器輸出軸(曲柄軸)凈扭矩 TW是衡量抽油機(jī)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo),減速器的選型按典型工況下最大凈扭矩 Tmax決定額定扭矩,按均方根扭矩 Te驗(yàn)算安全系數(shù)。圖 3是 CYJ7-2.5-26HY型整體彎游梁式抽油機(jī)與常規(guī)游梁式抽油機(jī)的扭矩計(jì)算曲線?？擅黠@看出,整體彎游梁式抽油機(jī)曲柄軸凈扭矩曲線 Tn波動(dòng)減小,而且全是正值,也就是說整體彎游梁式抽油機(jī)消除了“負(fù)扭矩”現(xiàn)象,平衡效果好于常規(guī)機(jī)。

圖3 曲柄軸扭矩曲線

根據(jù)扭矩曲線圖可以看出,CYJ7-2.5-26HY型整體彎游梁式抽油機(jī)的減速器最大輸出扭矩在 20 kN·m左右,為了確保油田的生產(chǎn)安全,選定減速器額定扭矩26 kN·m的 ZLH750-26HB型減速器。

4 技術(shù)參數(shù)(如表1)

表1 CYJ7-2.5-26HY型抽油機(jī)技術(shù)參數(shù)

5 室內(nèi)試驗(yàn)與評價(jià)

CYJ7-2.5-26HY型整體彎游梁式抽油機(jī)按照SY/T5044-2003標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行廠內(nèi)型式試驗(yàn)和檢測,最大懸點(diǎn)載荷能力 70 kN,實(shí)測沖程為 2.47、1.82 m,沖次為 5.05、3.55、2.60 min-1,其他各項(xiàng)指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)。

2008年,新疆質(zhì)監(jiān)局和國家油氣田井口設(shè)備質(zhì)檢中心(江漢所)對 7型抽油機(jī)進(jìn)行了檢測,各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。

6 工業(yè)性試驗(yàn)和測試

2007-10-28在長慶油田采油三廠紅井子作業(yè)區(qū)某井進(jìn)行了同井對比測試。該井的基本參數(shù)和測試數(shù)據(jù)如表 2。2臺(tái)抽油機(jī)載荷和采液量相近,CYJ7-2.5-26HY型整體彎游梁式抽油機(jī)平衡率達(dá)到了90%以上,體現(xiàn)出優(yōu)異的平衡率和節(jié)能效果。

表2 測試數(shù)據(jù)對比

7 特點(diǎn)

CYJ7-2.5-26HY型整體彎游梁式抽油機(jī)自2007-10-28投入生產(chǎn)運(yùn)行以來,目前已經(jīng)在長慶油田推廣使用了 150臺(tái),該型抽油機(jī)具有以下特點(diǎn):

a) 實(shí)現(xiàn) 2.5 min-1超低沖次,滿足低滲透油田開采的生產(chǎn)需要,延長機(jī)、桿、泵采油系統(tǒng)使用壽命和檢修周期。

b) 結(jié)構(gòu)形式簡單可靠,故障率低。降低電機(jī)、皮帶、減速器及連桿組系的負(fù)荷,易損件使用壽命提高,維護(hù)費(fèi)用和配件費(fèi)用下降。

c) 操作安全性高。調(diào)沖程、調(diào)平衡簡單易行,平衡率高。改變了需要吊車輔助的傳統(tǒng)作業(yè)方法,勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)費(fèi)用降低,作業(yè)效率大幅度提高。

d) 平衡特性好,匹配油田的生產(chǎn)需要,節(jié)能并降低油田的采購和運(yùn)行費(fèi)用。

8 結(jié)論

1) CYJ7-2.5-26HY型整體彎游梁式抽油機(jī)采用游梁平衡方式,平衡率高,降低了曲柄軸扭矩,提高了效率和使用壽命。

2) 最低沖次達(dá) 2.6 min-1,滿足了低滲透油藏的生產(chǎn)要求。

3) 增加了抽油機(jī)系列,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備選型和生產(chǎn)運(yùn)行精細(xì)化管理,對提高超低滲透油田的開發(fā)效益起到了關(guān)鍵作用。

[1] 鄔亦炯,劉卓鈞,趙貴祥,等.抽油機(jī)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994.

[2] 張曉東,賈國超.關(guān)于我國抽油機(jī)發(fā)展的幾點(diǎn)思考[J].石油礦場機(jī)械,2008,37(1):24-27.

[3] 章 敬,李 偉,李紹奇,等.CYJ5-1.8-18HY型整體彎游梁式抽油機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用 [J].石油礦場機(jī)械, 2008,37(9):82-85.

Design ing and Application on CYJ7-2.5-26HY Pumping Un it

HUANGWei1,L IU Xian1,J IXiao-ke1,L IN Quan2,GAO Chang-le2,GONG Xiao-ming2
(1.O il&Gas Technology Research Institute,Changqing O ilfield Com pany,Xi’an710018,China; 2.No.3M achine Tool Plant of Xinjiang,U rum qi830013,China)

CYJ7-2.5-26HY bend walking beam pumping unit is a new kind of energy-saving pumping unit,which was designed according to Changqing Oilfield Company’s requirement. It could solve the problem that usingModel 8 pumping unit,the load on polished rod was surplus andModel 6 pumping unitwas inadequate.The balance method used in this kind of pumping unit adopts bend walking beam structure,adding or subtracting the balanceweight to keep and adjust balance ofpumping unit,also realizes high balance rate,protection and energy-save.It has high quality and low cost,satisfies the need in ChangqingOilfield and manages the equipments easily,reduces the cost on equipments and operation cost.

low per meability reservoir;beam pumping unit;stroke perminute;beam equilibrium

1001-3482(2010)05-0033-03

TE933.103

B

2009-11-05

黃 偉 (1962-),男,甘肅酒泉人,高級工程師,1983年畢業(yè)于甘肅廣播電視大學(xué)機(jī)械專業(yè),2004年畢業(yè)于西安理工大學(xué)工商管理碩士學(xué)院,主要從事采油工藝及配套工具的研究,E-mail:hw_cq@petrochina.com.cn。