智能提捞式抽油机结构改进与技术创新

张建新，谢劲松，张超楠，孙祥，宋聚峰

（长春理工大学，长春 130022）

0 引言

智能提捞式抽油机与传统抽油机最大的区别在于以连续柔性抽油杆代替刚性抽油杆，以大冲程代替小冲程。解决了传统抽油机供液不足情况下"干抽"的问题，大大减少了能耗，提高了效率，但是仍然存在诸多问题。本文对已有的智能提捞式抽油机进行优化，改善结构，实现了技术创新。

1 改进前智能提捞抽油机

1.1 改进前智能提捞抽油机结构及工作原理

图1 改进前智能抽油机结构示意图

如图1 所示，柔性抽油杆连接抽子，抽子下部配有加重杆，通过控制系统，利用电机正转与反转来上提和下放柔性抽油杆。正常生产时，抽子在自重和配重作用下，下行到井口以下设定深度并保持静止，根据设定的间抽时间，控制器启动，电机正转带动抽子上行，控制显示器上显示当前抽子深度、电机运行电流、上行速度以及抽子载重，当抽子上行到井口的设定停止深度时电机停止，控制器启动下行程序，电机反转，抽子下行直到设定的静止深度，完成一次捞油过程。

1.2 存在的问题

1）柔性抽油杆内部是7 股冷拉普通钢丝外部包裹一层橡胶，在井下压力的作用下，有水沿着钢丝渗出井口，且此种抽油杆比较脆，在冬天容易脆裂折断。

2）排绳小车、排绳支架、传动机构组成的纯机械排绳装置，使柔性抽油杆因排绳紊乱造成挤压变形。

3）上行时正常，下行靠重力，重力加速度使电动机反转，滚筒制动点刹不能使滚筒立刻停止，制动不及时，下行速度很难控制，运行很不平稳，设备振动冲击较大。

2 改进后的智能提捞式抽油机

2.1 改进后智能提捞式抽油机机构

对已有智能提捞式抽油机进行结构创新，由地上智能主机部分和地下抽油部分组成。智能主机部分主要包括电控箱、电动机、摆线针轮减速机、制动器、链传动机构、里巴斯滚筒、自动排绳机构、设备支架、井架、滑轮等；地下部分主要包括连续柔性抽油杆、加重杆、压力传感器、柱塞、油管等。结构如图2 所示。

2.2 工作原理

图2 改进后智能提捞式抽油机结构示意图

柔性抽油杆一头连着滚筒，一头连着柱塞，以油井管柱为抽油泵筒，通过滚筒的正反转带动柱塞上下运动，完成抽汲。

柱塞向上运动时，电机正转，滚筒将柔性抽油杆缠绕在卷筒上，带动柱塞上行。柱塞胶筒下滑至柱塞杆底部，封死柱塞以上液柱，压缩柱塞以上的液柱和气体，当压力达到一定值，集油管线单向阀开启，液体经集油管线进入泵站。当柱塞运行至上死点时控制系统感应到信号，制动器制动，设备停止，等待下放信号。

柱塞向下运动时，电机反转，制动器开启，在加重杆、抽油杆作用下滚筒反转。柱塞胶筒滑至柱塞杆顶部，柱塞打开，液体沿着柱塞杆柱上的凹槽注入柱塞以上。当柱塞运行至下死点时，制动器制动，根据压力传感器反馈的信号决定是否上行，若液柱高度没达到设定值则停机等待液面恢复后自动开机上行。

2.3 结构改进与创新介绍

1）连续柔性抽油杆创新。经过长时间的改进实验，研制出的能上传井下压力等通讯信号的柔性抽油杆，镀锌处理，单根钢丝的抗拉强度达到1 280 MPa，每根钢丝紧密排列采用塑性压塑技术进行整体灌注，填满钢丝之间的缝隙，同时外护套采用钢丝编网的形式。此钢缆不仅解决了原有抽油杆的问题，也增加了抗拉强度，使用寿命长。结构如图3 所示。

其材料尺寸和基本性能如表1 所示。

图3 柔性抽油杆的截面结构

表1 柔性抽油杆材料尺寸和基本性能

由于材料的特殊性，无法对其抗拉强度进行理论计算，在实验室里用拉力机进行多次拉伸试验，迫断力最小为98.329 kN。

2）排绳机构的创新。自动排绳机构采用滚筒、滚珠花键轴、直线电机结合的结构，直线电机推动滚筒沿轴向做往复直线运动，抽油杆每缠绕1 圈，直线电机移动1 个抽油杆直径的距离，对于不同直径的抽油杆，直线电机移动的速度不同。具体计算公式为

式中：V 为直线电机速度，m/s；d 为柔性抽油杆外径，mm；ω 为里巴斯滚筒的角速度，rad/s。

滚珠花键轴以滚动代替滑动，减少了主轴与滚筒的摩擦力，降低了直线低级的输出功率，有节能降耗的效果。自动排绳机构省去了附加的排绳小车、排绳支架、传动机构组，使结构更加紧凑，排绳整齐，减少了因排绳紊乱造成抽油杆的挤压变形。

3）制动器创新。摆线针轮减速机扭矩计算公式为：

式中，M 为减速机转矩，P 为电机功率，i 为减速比，n 为电机功率输入转速。

在减速器输出端安装电磁抱闸制动，电磁抱闸是靠闸瓦的摩擦片制动闸轮。电磁离合器是利用动、静摩擦片之间足够大的摩擦力使电动机断电后立即制动。其制动力矩计算公式为

式中，M高速轴为高速轴转矩，M低速轴为低速轴转矩，i传动比为传动比。

由此可知，电磁抱闸制动器很小的制动力矩即可实现制动，安全可靠，可有效解决刹车装置复杂且机械振动大的问题。

3 结语

通过技术创新，智能提捞式抽油机的性能有了明显的改进，提高系统工作效率的同时也达到了节能降耗的目的，为低产井降低成本提供了一条新途径，有着广泛的应用前景。但目前智能提捞式抽油机在我国仍处在发展阶段，各项技术还不成熟，仍需要在抽子结构、胶筒材质、抽油杆连接、井口密封等方面加强攻关，力争在各项技术方面有新的突破。

［1］王春华，祝立群，张永功，等.新型固定式捞油机［J］.油气田地面工程，2007，26（2）：61.

［2］李伟.柔性连续抽油杆提捞式采油技术研究［D］.大庆：东北石油大学，2011.

［3］席明元.智能抽油机举升技术应用［J］.内蒙古石油化工，2013（7）：103-104.