唐道臨，李瑞濤，白云龍

(1.延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西 延安 716000；2.長(zhǎng)慶油田分公司 第二采油廠，甘肅 慶陽(yáng) 745100)①

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4種叢式井抽油機(jī)應(yīng)用性能評(píng)價(jià)及發(fā)展建議

唐道臨1，李瑞濤1，白云龍2

(1.延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西 延安 716000；2.長(zhǎng)慶油田分公司 第二采油廠，甘肅 慶陽(yáng) 745100)①

摘要：?jiǎn)尉畣尾赡Ｊ绞悄壳拔覈?guó)油井的主要采油模式。由于延長(zhǎng)油田屬“三低”巖性油藏，特別是原油開采進(jìn)入中后期階段，地層壓力大幅度降低，從而導(dǎo)致油井產(chǎn)量和效率降低，能耗增大，單井生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)很低。為降低采油成本，延長(zhǎng)油田開始了新型叢式井抽油機(jī)的引進(jìn)試驗(yàn)。介紹了延長(zhǎng)油田試用的4種叢式井抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理、特點(diǎn)及節(jié)電情況，并從可靠性、制造成本、安裝難易程度、維護(hù)費(fèi)用和電耗5個(gè)方面對(duì)4種機(jī)型進(jìn)行了綜合對(duì)比分析。提出了叢式井抽油機(jī)的發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：叢式井；抽油機(jī)；性能評(píng)價(jià)；發(fā)展建議

延長(zhǎng)油田屬于典型的低滲、特低滲油田，由于單井產(chǎn)量低，導(dǎo)致油田投入和產(chǎn)出比高，經(jīng)濟(jì)效益不佳。為了提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，解決諸如土地征用、環(huán)保等問(wèn)題，從1998年開始，延長(zhǎng)油田開始實(shí)施叢式井開發(fā)模式，利用叢式井組中油井距離相近的特點(diǎn)，用1套抽油機(jī)同時(shí)開采2口油井或多口油井的原油(這種抽油機(jī)稱為叢式井抽油機(jī))。目前，延長(zhǎng)油田叢式井?dāng)?shù)量已超過(guò)1萬(wàn)組，定向井單井55 000口以上，占總油井?dāng)?shù)的50%以上。叢式井組在布置上一般每組3～6口井，最多19口井，多呈一字排列，井口間距4～10 m，井深1 000～2 300 m。基于叢式井這種一字排列、井距較近、井身結(jié)構(gòu)一致、井下桿泵、產(chǎn)液量乃至光桿載荷差別不大的特點(diǎn)，應(yīng)用1套傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)2口或多口油井的抽油機(jī)，可以大幅降低設(shè)備投資、節(jié)約電能消耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益[1-6]。

本文針對(duì)延長(zhǎng)油田近年來(lái)試用的4種叢式井抽油機(jī)，從原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、節(jié)電，以及存在的問(wèn)題等做作了綜合分析與評(píng)價(jià)，并提出了叢式井抽油機(jī)今后發(fā)展方向。

1叢式井抽油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

1.1雙井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)

圖1～2所示分別為雙井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)及傳動(dòng)原理示意圖。

圖1　雙井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)

1—井口；2—光桿 ；3—鋼絲繩；4—懸繩器；5—主動(dòng)驢頭；6—驢頭掛輪；7—連桿；8—曲柄；9—電動(dòng)機(jī)；10—連接頭；11—連接桿；12—接頭；13—驢頭掛輪；14—被動(dòng)驢頭；15—懸繩器；16—鋼絲繩；17—光桿；18—井口；19—減速器。

電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力，經(jīng)皮帶、減速器帶動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)，通過(guò)曲柄、連桿、異型搖桿(主動(dòng)驢頭)實(shí)現(xiàn)懸點(diǎn)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)1口井抽油泵工作。相鄰油井的被動(dòng)驢頭通過(guò)鋼絲繩和異型搖桿(主動(dòng)驢頭)上的驢頭掛輪傳動(dòng)，這樣，當(dāng)主動(dòng)驢頭帶動(dòng)光桿上行時(shí)，被動(dòng)驢頭下行，實(shí)現(xiàn)互相平衡聯(lián)動(dòng)抽油。

該抽油機(jī)的電機(jī)、減速器、曲柄、連桿、剎車等部件和游梁式抽油機(jī)相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)相同，可靠性好；異形驢頭兼具游梁和傳統(tǒng)驢頭的作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。兩口油井用鋼絲繩連接，方便可靠。

1.2鏈條式雙井抽油機(jī)

圖3～4所示分別為鏈條式雙井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)及傳動(dòng)原理示意圖。

鏈條式雙井抽油機(jī)機(jī)由一部電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)部件依次為擺線針輪減速器、傳動(dòng)鏈條副、齒輪箱、驅(qū)動(dòng)鏈條副，驅(qū)動(dòng)鏈輪間水平環(huán)繞設(shè)置有驅(qū)動(dòng)鏈條，驅(qū)動(dòng)鏈條上通過(guò)鏈條連接銷軸設(shè)置有連接架，連接架的上下兩端卡在上下導(dǎo)軌之間，連接架在驅(qū)動(dòng)鏈條帶動(dòng)下在上導(dǎo)軌和下導(dǎo)軌作水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)鋼絲繩帶動(dòng)井口光桿完成抽汲作業(yè)。抽油機(jī)工作機(jī)構(gòu)包括固定在機(jī)架兩端的鋼絲繩滑輪，主鋼絲繩通過(guò)鏈條連接銷軸與連接架固定。平衡機(jī)構(gòu)包括固定在機(jī)架兩端的導(dǎo)向輪，平衡鋼絲繩繞經(jīng)兩個(gè)導(dǎo)向輪的兩端分別連接有平衡重，平衡鋼絲繩還通過(guò)鏈條連接銷軸與連接架固定。

圖3　鏈條式雙井抽油機(jī)

1—支架；2—懸繩器；3—主鋼絲繩；4—鋼絲繩滑輪；5—滑輪支架；6—導(dǎo)向輪支架；7—導(dǎo)向輪；8—平衡鋼絲繩；9—上下導(dǎo)軌；10—鏈輪支座；11—鏈輪一；12—驅(qū)動(dòng)鏈條；13—連接架；14—鏈條連接銷軸；15—減速器；16—傳動(dòng)鏈條；17—鏈輪二；18—齒輪箱；19—鏈輪三；20—抽油桿；21—平衡重；22—上橫梁；23—橫梁調(diào)整絲杠；24—下橫梁；25—中橫梁。

鏈條式雙井抽油機(jī)采用了鏈條抽油機(jī)的換向方式[7]，正常工作時(shí)，兩口井互為平衡，平衡方式較好；考慮到油井檢修，該機(jī)配有平衡重，一口井檢修時(shí)，不影響另一口井采油；由于鋼絲繩滑輪直徑小，光桿工作時(shí)的擺動(dòng)量要較游梁式抽油機(jī)小得多，同時(shí)橫梁調(diào)整絲杠采用細(xì)牙螺紋，便于井口對(duì)中，井口摩擦力小，盤根壽命長(zhǎng)。

1.3小區(qū)域集成抽油機(jī)

圖5～6所示分別為小區(qū)域集成抽油機(jī)及傳動(dòng)原理示意圖。

圖5　小區(qū)域集成抽油機(jī)

1—電機(jī)；2—皮帶輪；3—皮帶；4—減速器；5—曲柄；6—行星輪；7—導(dǎo)向輪；8—油井；9—柔性傳動(dòng)件。

小區(qū)域集成抽油機(jī)是由電機(jī)經(jīng)過(guò)皮帶傳動(dòng)，立式放置的擺線針輪減速機(jī)，帶動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)。曲柄一端的行星輪上對(duì)稱布置有2N個(gè)鏈條繩環(huán)，每個(gè)繩環(huán)上連接有一條柔繩，柔繩經(jīng)過(guò)圓形支架上對(duì)稱布置的導(dǎo)向輪，與井口支架上的兩個(gè)定滑輪和井口光桿上的懸繩器連接。當(dāng)抽油機(jī)一側(cè)的N口油井的抽油泵柱塞下行時(shí)，另一側(cè)的N口井抽油泵柱塞上行，相互平衡。

理論上講，小區(qū)域集成抽油機(jī)一套動(dòng)力可驅(qū)動(dòng)2N(N為大于0的自然數(shù))口油井；采用行星輪換向，換向阻力?。徽麢C(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕。具有以下特點(diǎn)：

1)控制范圍大。由于剛性變成柔性，通過(guò)滑輪組實(shí)現(xiàn)1臺(tái)抽油機(jī)帶動(dòng)周圍50～100 m內(nèi)多口井同時(shí)進(jìn)行抽油，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，區(qū)域采油。

2)無(wú)專用平衡。整個(gè)抽油系統(tǒng)無(wú)需附加平衡重，減小了抽油機(jī)的質(zhì)量，可通過(guò)各油井的懸點(diǎn)載荷變化來(lái)相互平衡，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的受力平衡，電動(dòng)機(jī)始終做有效功，系統(tǒng)效率高。

1.4多井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)

圖7～8所示分別為多井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)及傳動(dòng)原理示意圖。

圖7　多井聯(lián)動(dòng)集成抽油機(jī)

1—電動(dòng)機(jī)；2—皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；3—減速器；4—曲柄；5—連桿；6—滑塊；7—導(dǎo)軌；8—多排拖拽鏈條；9—導(dǎo)向輪Ⅰ；10—導(dǎo)向輪Ⅱ；11—井架橫梁；12—懸繩器和抽油桿。

多井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)是由電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)減速器，經(jīng)過(guò)減速器輸出軸上連接的曲柄和連桿，帶動(dòng)滑塊沿導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；瑝K的兩端安裝有多排拖曳鏈條，多排拖曳鏈條的排數(shù)和井口數(shù)相同，鏈條通過(guò)導(dǎo)向輪、井架橫梁上的導(dǎo)向輪與抽油桿連接。通過(guò)曲柄和連桿的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)滑塊在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，連接在滑塊上并隨滑塊一起運(yùn)動(dòng)的多排拖曳鏈條通過(guò)導(dǎo)向輪、井架導(dǎo)向輪驅(qū)動(dòng)鏈桿連接器和抽油桿作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)路線短；換向方式和傳統(tǒng)抽油機(jī)一樣；平衡方式采用相鄰井懸點(diǎn)載荷進(jìn)行對(duì)偶平衡，不需要專門的平衡機(jī)構(gòu)。

2試用情況

1)雙井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)。由延安某公司設(shè)計(jì)制造，自2011年開始已先后在永寧、南泥灣等采油廠試用3臺(tái)，其中永寧采油廠2套，南泥灣采油廠1套。其中第1臺(tái)樣機(jī)已在永寧采油廠雙21井組正常使用達(dá)4 a，第2臺(tái)樣機(jī)和第3臺(tái)樣機(jī)也在正常使用。試用發(fā)現(xiàn)該機(jī)工作較為可靠，不足之處是維護(hù)和調(diào)整較常規(guī)抽油機(jī)繁瑣。

2)鏈條式雙井抽油機(jī)。由延安某公司設(shè)計(jì)制造，2008年在青化砭采油廠采油二大隊(duì)北川河區(qū)隊(duì)河307井試驗(yàn)，因故障較多于2009年停止使用。存在問(wèn)題主要是：油井載荷和傳動(dòng)裝置間的力傳遞依靠鏈條銷軸，該銷軸需承受兩口井的懸點(diǎn)載荷，受力較大，由于設(shè)計(jì)和制造原因經(jīng)常斷；和游梁式抽油機(jī)相比，傳動(dòng)路線長(zhǎng)，節(jié)點(diǎn)多、潤(rùn)滑點(diǎn)多、抽油機(jī)地面效率低、故障率高；擺線針輪減速器不適應(yīng)采油的工況，可靠性差；對(duì)安裝要求較高，前期安裝復(fù)雜；可靠性差，故障較多，維修復(fù)雜且費(fèi)用較高；噪聲過(guò)大。

3)小區(qū)域集成抽油機(jī)。由山東某公司設(shè)計(jì)制造。2008年開始，先后在川口采油廠、子北采油廠、青化砭采油廠、南泥灣采油廠試驗(yàn)多臺(tái)樣機(jī)。小區(qū)域集成抽油機(jī)第1臺(tái)樣機(jī)2008年室內(nèi)試驗(yàn)成功后，在川口采油廠試用。2009年第2臺(tái)樣機(jī)在青化砭采油廠試用，第3臺(tái)樣機(jī)在子北采油廠試用。試用中存在的主要問(wèn)題：減速器采用擺線針輪減速機(jī)，且需要立式安裝，因此需要增加潤(rùn)滑油泵，冬季使用時(shí)電機(jī)、減速器故障率較高；可靠性差、相互影響大，一處出現(xiàn)問(wèn)題，整機(jī)全部要停止工作；由于驅(qū)動(dòng)油井多，鋼絲繩、鏈條用量較大，受力復(fù)雜，對(duì)安全要求高。

4)多井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)。由某大學(xué)設(shè)計(jì)，從2012年開始，第1臺(tái)樣機(jī)在延長(zhǎng)油田甘谷驛采油廠進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該機(jī)2012年完成室內(nèi)試驗(yàn)后，在甘谷驛采油廠完成了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。存在問(wèn)題：鏈條容易疲勞裂紋、斷裂，壽命較短。

3綜合評(píng)價(jià)分析

抽油機(jī)和其他設(shè)備一樣，其綜合性能應(yīng)從使用的可靠性、制造成本、安裝難易程度、維護(hù)費(fèi)用和電耗5個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)，如表1所示。

表1　四種叢式井抽油機(jī)和常規(guī)游式抽油機(jī)綜合評(píng)價(jià)對(duì)比

注：1)上述各項(xiàng)指標(biāo)均是和同規(guī)格常規(guī)游梁式抽油機(jī)對(duì)比；2)除節(jié)電指標(biāo)外，其他指標(biāo)僅作定性對(duì)比。

3.1可靠性

1)雙井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)。電機(jī)、減速器、曲柄、連桿、剎車等部件和游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)相同，因此具有較高的可靠性，從永寧采油廠使用情況來(lái)看，無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間在360 d以上。但基于雙井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)的平衡原理，影響其可靠性的主要因素是兩井的井下工況。

2)鏈條式雙井抽油機(jī)。油井載荷和傳動(dòng)裝置間的力傳遞依靠鏈條銷軸，該銷軸需承受2口井的懸點(diǎn)載荷，受力較大，由于設(shè)計(jì)和制造原因經(jīng)常斷，平均無(wú)故障工作時(shí)間僅為5 d；減速器采用擺線針輪減速器，不適用于抽油機(jī)的工作工況，平均壽命約為1.5 a。因此鏈條式雙井抽油機(jī)的可靠性較差。

3)小區(qū)域集成抽油機(jī)。由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)該機(jī)采用了立式安裝的擺線針輪減速器，同時(shí)附加一個(gè)潤(rùn)滑油泵進(jìn)行潤(rùn)滑。擺線針輪減速器一般認(rèn)為并不適合油井采油這種低速重載工況，加之利用潤(rùn)滑油泵對(duì)擺線針輪減速器的潤(rùn)滑效果在野外并不理想；試驗(yàn)機(jī)為一機(jī)6抽，6口井相互影響，因此該機(jī)故障率較高，可靠性較差。

4)多井聯(lián)動(dòng)集成抽油機(jī)。從整個(gè)系統(tǒng)來(lái)看，井下的抽油桿、地面上的鏈條均為柔(彈)性元件，因此在安裝上無(wú)法保障一口井平衡另一口井的設(shè)計(jì)思路；另一方面，由于建井質(zhì)量等因素互為平衡的兩口井負(fù)荷必然存在差異，有的差異也比較大。因此作為主要受力元件的鏈條必然承受較大的油井載荷，對(duì)鏈條壽命影響較大，從現(xiàn)場(chǎng)使用情況看，整機(jī)可靠性較差。

3.2制造成本分析

從單井來(lái)看，四款試驗(yàn)樣機(jī)制造成本(鏈條式雙井抽油機(jī)、雙井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)、小區(qū)域集成抽油機(jī)、多井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī))均比同規(guī)格常規(guī)型抽油機(jī)要大幅減少，鏈條式雙井抽油機(jī)可節(jié)約制造成本約25%，雙井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)可節(jié)約40%，小區(qū)域集成抽油機(jī)和多井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)則可節(jié)約60%以上。

3.3安裝

因?yàn)閰彩骄橛蜋C(jī)采用了相鄰井相互平衡的原理，一口井光桿處于上沖程時(shí)，起平衡作用的另一口井必然為下沖程，所以其安裝要比單井采油設(shè)備復(fù)雜。

3.4使用和維護(hù)

從結(jié)構(gòu)來(lái)看，叢式井抽油機(jī)要比單井抽油機(jī)復(fù)雜，且一臺(tái)機(jī)器同時(shí)采2口及以上油井的原油，因此使用難度和維護(hù)成本要比單井采油設(shè)備要高。

3.5節(jié)電

采用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比方式(即不改變井下工況，采用相同的抽汲參數(shù))對(duì)雙井抽油機(jī)、鏈條式雙井抽油機(jī)、小區(qū)域集成抽油機(jī)、多井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，從測(cè)試情況看，和常規(guī)游梁式抽油機(jī)相比，4種叢式井抽油機(jī)節(jié)電效果都比較明顯。

3.6綜合評(píng)價(jià)

無(wú)論是從結(jié)構(gòu)、原理還是使用來(lái)看，雙井抽油機(jī)是比較成熟的一款抽油機(jī)；小區(qū)域集成抽油機(jī)和多井聯(lián)動(dòng)抽油機(jī)原理可行，但還須解決可靠性不高的問(wèn)題；鏈條式雙井抽油機(jī)傳動(dòng)路線長(zhǎng)、易損件多、安裝維護(hù)較麻煩，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

4結(jié)語(yǔ)

叢式井抽油機(jī)是低滲、特低滲油田經(jīng)濟(jì)采油的重要技術(shù)手段，從其多年的發(fā)展來(lái)看，各款機(jī)型的設(shè)計(jì)者都是充分考慮了相鄰兩口或多口油井相互借力，從而達(dá)到節(jié)電的目的。但由于投資力度不夠或研發(fā)力量薄弱，造成新機(jī)型可靠性不高、安裝不便，油田使用積極性不高。展望叢式井抽油機(jī)發(fā)展，筆者認(rèn)為：

1)四種機(jī)型在設(shè)計(jì)上突破了常規(guī)抽油機(jī)的運(yùn)行模式，均具有明顯的節(jié)電效果，對(duì)采油設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了新思路。

2)設(shè)計(jì)者在追求較高的節(jié)電效果的同時(shí)，缺乏系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)思想，未能綜合考慮高效、經(jīng)濟(jì)、可靠、使用方便等設(shè)計(jì)原則。

3)為避免干涉因素太多，不論何種傳動(dòng)方式，當(dāng)前重點(diǎn)應(yīng)發(fā)展雙井抽油機(jī)，待理論研究和技術(shù)成熟后，再考慮多井機(jī)。

4)對(duì)低滲、特低滲油田，使用叢式井抽油機(jī)具有巨大節(jié)電潛力，而且可以大大降低鋼材使用量，減少設(shè)備投資成本，具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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文章編號(hào)：1001-3482(2016)07-0099-05

收稿日期：①2016-01-04

作者簡(jiǎn)介：唐道臨(1965-)，男，陜西富平人，高級(jí)工程師，1988年畢業(yè)于西安石油大學(xué)機(jī)械系，現(xiàn)從事油田設(shè)備技術(shù)研究和管理工作，E-mail：517786658@qq.com。

中圖分類號(hào)：TE933.107

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.07.023

Application Evaluation and Development Proposals of Four Cluster Wells Pumping Unit

TANG Daolin1，LI Ruitao1,BAI Yunlong2

(1.YanchangOilFieldCo.,Ltd.，Yanan716000，China;2.No.2OilProductionPlant,ChangqingOilfieldCompany,Qingyang745100,China)

Abstract：One pumping unit corresponding to one well is the principal oil production pattern for cluster wells at the present time in china.Because Yanchang oil field belongs to the ‘three low’ reservoir，especially in the mid-late stage of oil exploitation，the formation pressure is greatly reduced，which leads to the decrease of oil output and efficiency，the energy consumption increases，and the economic benefit of single well production is very low.Therefore，in order to reduce the cost of production，in Yanchang oil field introduction test of new cluster wells pumping unit were begun in recent years.The structure，principle，characteristics and energy saving of four kinds of cluster wells pumping units in the oil field testing are introduced in this paper.Comparative analysis of reliability，cost，installation difficulty，maintenance cost and power consumption in five aspects of four kinds of cluster wells pumping units，and the analysis results are given.Finally，the development thought and suggestions of cluster wells pumping unit are proposed.

Keywords：cluster wells；pumping unit；performance evaluation；development proposals