长冲程低耗材新型节能抽油机

董德岗 汪坤 曾祥端 马洋波 韩东颖

摘 要：针对现有长冲程抽油机冲程有限，体积与质量大和造价高等问题，提出了一种可提高冲程，降低抽油机高度，减小抽油机体积与质量的长冲程低耗材新型节能抽油机。这种抽油机采用一个下特殊悬绳器和一个上悬绳器，三个绞车，通过绞车的交替工作，带动两个悬绳器交替工作，来完成光杆的上冲程运动和下冲程运动，从而实现数十米的长冲程；依靠平衡系统的上下直线运动实现运动过程中的能量转换。这种抽油机高度比传统长冲程抽油机低一半以上，体积和质量更是大大减小，可靠性高、操作、维修方便，造价亦有大幅度下降。

关键词：长冲程 低耗材 抽油机 节能

中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）01（b）-0052-02

宽带式、链条式、增距式等长冲程抽油机与常规游梁式抽油机相比具有很多优点，如效率高，适合深井和稠油井开采[1]。但随着冲程的增加，抽油机的体积与质量要不断增加，尤其在整机高度上的增加更为明显。抽油机技术发展的总趋势是向着无游梁、低功耗、通用系列化、智能化、高适应模块化方向发展[2]。针对国内油井含水量高，稠油，高凝聚油的开采的需要，以及游梁式抽油机普遍存在着高能耗、低产出、冲程短等明显的缺点，在满足油田采油工艺要求的前提下，设计了具有结构简单、冲程长、冲次低、耗材量少、易于操作的长冲程低耗材新型节能抽油机。

1 结构组成

长冲程低耗材新型节能抽油机主要由电动机、减速器、塔式机架、天车、绞车、电磁离合器、悬绳器系统、平衡系统和智能控制柜等组成。总体结构如图1、图2所示。

（1）电动机。电机为正反转电动机。电动机换向抽油机正是以其机电技术的有机结合，较好地解决了有杆抽油机低效、高耗和调整参数复杂的问题[3]。

（2）平衡系统。由配重块、动滑轮、天车、绞车等组成。

（3）悬绳器系统。由上悬绳器、下特殊悬绳器、滑动导轨、电磁铁和锁扣等组成。下特殊悬绳器结构简图如图3所示。

（4）动力切换系统。绞车12、绞车13动力轴分别与电磁离合器26、电磁离合器25相连接。通过智能控制柜，控制绞车间的交替工作；绞车11直接连接在切换箱的动力输入轴24上。动力切换系统俯视简图如图4所示。

2 工作原理

长冲程低耗材新型节能抽油机通过智能控制柜给定冲程、冲次等工作制度后，启动电动机。一组绞车带动钢丝绳，引起上悬绳器牵引光杆上行，上悬绳器达到指定高部位时，另一组绞车带动下特殊悬绳器牵引光杆继续上行，此时抽油机为上冲程，平衡系统释放能量；达到抽油机上死点时，电动机换向，第二组绞车带动下悬绳器牵引光杆下行，而后，第一组绞车带动上悬绳器牵引光杆继续下行，达到抽油机下死点位置。电动机换向与悬绳器之间的变换由智能控制柜提前设定，两组绞车的转换由电磁离合器和智能控制柜共同完成，从而达到分级分段提升抽油杆的目的。

游梁式抽油机悬点运动通常为简谐运动规律。抽油机在举升油柱的过程中，变速运动会产生很大的惯性损失，为了克服惯性损失，需要配置较大的功率。长冲程低耗材新型节能抽油机悬点运动速度平稳，没有波峰，大部时间在额定载荷下运行，效率较高。大大减小了惯性损失和功率配置，实现抽油机节能。

3 实验模型制作

3.1 实验室模型的实现

抽油机实验模型主要是基于长冲程低耗材新型节能抽油机的工作原理，模拟了长冲程低耗材新型节能抽油机的工作过程，获取实验数据，进而分析抽油机的相关参数。用低转速电动机输出的转速模拟减速器输出的转速，简化抽油机的动力系统；用小型电磁离合器模拟该抽油机动力切换系统的电磁离合器；用普通柔性线绳模拟钢丝绳；用直径6 mm、长度1 m的光轴模拟抽油机的光杆。将整个抽油机按照一定的的比例简化缩小，以便利于实验研究。模型如图5、图6所示。

3.2 实验室模型的工作过程

假设一个冲程的时间为T。t=0时刻，电动机正转，带动绞车，此时，切换箱中电磁离合器25通电，绞车13转动，带动上悬绳器牵引光杆向上运动，配重箱向下运动；t=T/4时刻，电磁铁19通电工作，锁扣20锁住光杆，电磁离合器25断电，绞车13失去动力，停止转动，同时给电磁离合器26通电，绞车12转动，光杆由上悬绳器6提升切换为下特殊悬绳器7提升，配重箱向下运动；t=T/2时刻，电动机反转，下特殊悬绳器向下运动，光杆向下运动，配重箱向上运动；t=3T/4时刻，电磁离合器19断电，停止工作，锁扣松开光杆，切换箱中的电磁离合器26断电，绞车12失去动力，停止转动。同时电磁离合器25通电，绞车13转动，光杆由下特殊悬绳器7提升切换为上悬绳器6提升，配重箱向上运动；t=T时刻，完成一个冲程。

以上运动过程充分展现了长冲程低耗材新型节能抽油机的运动特征，给理论分析提供了依据。

4 结语

（1）该长冲程低耗材新型节能抽油机，采用分级分段式提升光杆，突破了传统长冲程抽油机设计理念，解决了长冲程与整机高度之间的矛盾。在降低抽油机整机高度与质量的同时，增加了抽油机冲程。适合高含水井，稠油井的开采，抽油效率高，且降低了制造成本。（2）通过智能控制柜控制两台电磁离合器的交替工作，实现了动力在多绞车之间的切换，实现了设备的自动化。（3）将传统平衡装置简化为柔性钢绳连接的直线平衡装置，简化了抽油机结构，使抽油机具有动力性能优良，承受载荷大等优点。

参考文献

[1] 路懿.宽带式长冲程抽油机的机械换向装置[J].石油机械，1992，20（10）：43-48.

[2] 方仁杰，朱维兵.抽油机历史现状与发展趋势分析[J].钻采工艺，2011，34（2）：60-63.

[3] 孙庆红，温泽民，王善政，等.电动机换向智能抽油机应用与分析[J].石油机械，2002，30（5）：25-27.