張波（長慶油田分公司第一采油廠）

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抽油機(jī)超越離合器在安塞油田應(yīng)用效果分析

張波（長慶油田分公司第一采油廠）

在油田開采過程中隨著井下生產(chǎn)狀況的變化，地面抽油機(jī)的運行也存在動態(tài)不平衡，會造成電動機(jī)有“倒發(fā)電”的現(xiàn)象，不僅浪費電能且危害抽油機(jī)設(shè)備的使用壽命。因此，最大限度地改善抽油機(jī)平衡狀況是解決抽油機(jī)電動機(jī)“倒發(fā)電”的唯一有效途徑。通過在安塞油田現(xiàn)場試驗安裝抽油機(jī)超越離合器裝置后，抽油機(jī)提高了系統(tǒng)效率、改變了油井油套壓差值、消除了抽油機(jī)電動機(jī)“倒發(fā)電”現(xiàn)象。

抽油機(jī)系統(tǒng)效率超越離合器

目前油田的游梁式抽油機(jī)一般采用曲柄平衡方式，曲柄平衡裝置產(chǎn)生的平衡力矩是按照固定的正弦曲線規(guī)律變化的，與抽油機(jī)懸點載荷形成的力矩不能很好地匹配，使抽油機(jī)負(fù)荷波動較大，能耗過高。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，盡管抽油機(jī)調(diào)整到平衡狀態(tài)，曲柄仍有負(fù)扭矩存在，這時抽油機(jī)帶動電動機(jī)發(fā)電，發(fā)出的電消耗在電網(wǎng)中，造成用電系統(tǒng)的附加能量損耗，這也是導(dǎo)致抽油機(jī)能耗高的原因。

1　抽油機(jī)超越離合器特點

由于抽油機(jī)工作時轉(zhuǎn)矩較大，故采用了多滾珠單向結(jié)構(gòu)的超越離合器，其特點為：滾珠在軌道內(nèi)能夠自由轉(zhuǎn)動，磨損后仍能保持圓形，當(dāng)過載時，滾珠滑動離合器不會受到損害，在轉(zhuǎn)矩減少后，離合器仍能緊鎖，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

超越離合器在曲柄平衡的游梁式抽油機(jī)上一般有3種安裝方案：安裝在抽油機(jī)減速箱輸出端與曲柄相連的最后級大齒輪里；安裝在減速箱輸入端（大皮帶輪型）；安裝在電動機(jī)端（小皮帶輪型）。

現(xiàn)場試驗將抽油機(jī)超越離合器安裝在電動機(jī)端，當(dāng)在抽油機(jī)的曲柄轉(zhuǎn)速超過電動機(jī)傳遞轉(zhuǎn)速時，電動機(jī)驅(qū)動部分便于曲柄等從動部分之間自動脫開；當(dāng)從動部分轉(zhuǎn)速低于電動機(jī)轉(zhuǎn)速時，離合器又無沖擊地嚙合連接。脫開時，機(jī)電系統(tǒng)形成瞬間脫離，曲柄、平衡塊與抽油桿柱發(fā)生短暫超越，抽油桿柱的剛性增強(qiáng)，井下的各種彈性沖擊得以減緩，滿足主、從傳動軸能夠單向傳遞力矩。一方面可以避免抽油機(jī)反拖電動機(jī)發(fā)電，另一方面使抽油機(jī)能脫開電動機(jī)的阻力而加速運行，具有提高系統(tǒng)效率的作用。

2　現(xiàn)場應(yīng)用

安塞油田目前共有10口油井安裝超越離合器裝置，測試數(shù)據(jù)見表1。

表1　10口油井測試數(shù)據(jù)

篩選3口實驗效果突出、采油參數(shù)差異的油井，從測試對比數(shù)據(jù)中詳細(xì)分析安裝超越離合器后的節(jié)能效果，進(jìn)一步加強(qiáng)推廣超越離合器的應(yīng)用實踐。

2.1電能參數(shù)的監(jiān)測分析

以W99-29、W100-30、W98-30這3口井為例，在安裝超越離合器前后生產(chǎn)參數(shù)及電能參數(shù)對比情況見表2。

W99-29井在使用了超越離合器后，抽油機(jī)系統(tǒng)效率顯著提高，功率平衡度接近于1，日耗電下降近30%，綜合節(jié)能效果突出。通過電力曲線圖將直觀看到的抽油機(jī)在一個周期內(nèi)的波動情況（圖1），充分印證了抽油機(jī)超越離合器的節(jié)能效果，消除了抽油機(jī)倒發(fā)電現(xiàn)象。

W100-30井通過測試前后系統(tǒng)效率得出：在產(chǎn)量基本保持穩(wěn)定下，功率因數(shù)提高，日耗電量降低，節(jié)電率達(dá)到29.6%，與有功電表實際測試數(shù)據(jù)29.7%基本吻合，節(jié)能效果較為明顯，系統(tǒng)效率提升了9.5%，W100-300井電力參數(shù)實測對比見圖2。

表2　監(jiān)測參數(shù)實測對比

圖1　W99-29井安裝離合器前后電力參數(shù)曲線

圖2　W100-30井安裝離合器前后電力參數(shù)曲線

W98-30井通過測試前后系統(tǒng)效率得出：產(chǎn)量變化較大，但圖3顯示供液情況較好，功率因數(shù)顯著提升，能耗大幅降低。

圖3　W98-30井安裝離合器前后電力參數(shù)曲線

3　效果分析

根據(jù)安塞油田抽油機(jī)安裝超越離合器前后電參數(shù)曲線對比，發(fā)現(xiàn)一個共同的現(xiàn)象：加載段和卸載段變陡，沖程損失減少，曲線平穩(wěn)、波動較小；固定閥開啟后的上行段載荷波動減緩、趨于平直，表示上下行程的閥啟閉滯后現(xiàn)象有所改善，柱塞與光桿運行同步性加強(qiáng)，上行段的震蕩載荷被有效削減，桿柱運行的平穩(wěn)性增強(qiáng)。

綜合對3口安裝超越離合器的油井進(jìn)行跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)以及報表上的日產(chǎn)液量、動液面、油套壓等數(shù)據(jù)對噸液百米有功耗電量、綜合節(jié)電率和系統(tǒng)效率等主要考核參數(shù)進(jìn)行計算，平均綜合節(jié)電率29.2%，依據(jù)上述現(xiàn)場數(shù)據(jù)得出：在含水率不變時，單井系統(tǒng)效率與產(chǎn)液量、有效揚程成正比，而有效揚程與動比液面、油套壓的差值又成正比的線性的關(guān)系。因此，超越離合器動態(tài)平衡技術(shù)不同于其它單一的節(jié)能技措，其節(jié)能的核心技術(shù)不僅調(diào)整了抽油機(jī)的平衡狀況，同時改變了油井油套壓差值，從而提升了油井系統(tǒng)效率。

平均系統(tǒng)效率提高10.1%。在沒有地質(zhì)措施和臨井工作制度變化時，動液面波動小，而油井的油套壓差值分別增加了0.11、0.25、0.18MPa，同時日產(chǎn)液量都有不同程度增加。

4　結(jié)論

1）抽油機(jī)安裝超越離合器后，抽油機(jī)的不平衡扭矩不再反拖電動機(jī)發(fā)電，電動機(jī)的功率完全用于提升油管或平衡塊，系統(tǒng)達(dá)到了自適應(yīng)的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)效率大幅提升。

2）抽油機(jī)安裝超越離合器后，沖速處于動態(tài)微量變化狀態(tài)，井下液體的脈動性降低，穩(wěn)定了生產(chǎn)狀況，改變了油井油套壓差值，有利于提升油井系統(tǒng)效率。

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.09.017

2015-05-06）

張波，工程師，2007年畢業(yè)于西安理工大學(xué)，從事技術(shù)管理工作，E-mail：xaute@126.com，地址：陜西延安河莊坪采油一廠測試大隊，716000。