抽油机井太阳能自平衡改造方法研究及试验

赵明明　（大庆油田有限责任公司第六采油厂）



抽油机井太阳能自平衡改造方法研究及试验

赵明明（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

游梁式抽油机不平衡状态会导致油井能耗偏高、设备运行存在翻机等安全隐患，同时影响抽油机井的四连杆机构、减速箱和拖动电动机的效率和寿命。针对此问题，通过现场开展抽油机井自平衡改造试验，利用太阳能板带动发电动机，驱动抽油机尾游梁平衡配重的自动运行，实现精确平衡调整。现场应用表明，该技术能有效提高抽油机井的平衡水平，有功节电率可达11.03%。

抽油机；自平衡；太阳能

随着油田高含水开发的逐步深入，油井数量逐年上升，井况也越来越复杂，包括大斜度井、低产井、高含水等在内的各类油井数量逐年增加，生产参数大限度的频繁调整导致油井设备管理难度越来越大，抽油机井减速箱过载，齿轮打齿、串轴等故障频发。抽油机井冲速调节频繁，造成抽油机井的悬点载荷变化频繁，抽油机长期处于过平衡或欠平衡状态，需要频繁调整平衡，而人工调整平衡通常需要在停机状态下进行，同时需要2～3人和吊车配合，每次调整需要2 h左右，停机时人工调整平衡不仅严重影响油井产量，而且工人劳动强度大、设备管理难度较大［1］。现有常规尾部平衡设计均基于油井长期载荷不变的条件设计，且仍需依靠人工加减平衡配重方式调整平衡，无法实现在线动态调整。

据大庆油田油井平衡率调查显示，受油井产量变化等因素影响，符合平衡要求的抽油机井占比仅为85.2%。因此，将日益发展的太阳能发电技术应用在抽油机系统中，利用可再生能源太阳能［2］，在不停机的情况下自动调整游梁式抽油机平衡，能够极大地降低工人的劳动强度、提高油井产量、降低抽油机井能耗。

1　技术原理

该抽油机是在抽油机游梁尾部加装一个可调节配重力臂的尾游梁，尾游梁上安装有依靠太阳能储能驱动的游标式配重体，控制系统根据抽油机平衡度，应用无线控制的方式控制配重游标向前或向后移动，从而调整抽油机的平衡度。游标式配重体采用太阳能电池板给蓄电池充电，用蓄电池带动电动机驱动减速机和齿轮旋转，通过与齿条啮合带动配重体前后移动，通过调节配重力臂达到调节抽油机平衡度的目的。

2　结构设计

2.1自平衡配重结构设计

抽油机井自平衡配重结构由悬挂式尾游梁、尾游梁可移动平衡重以及太阳能供电系统组成。自平衡配重装置安装在抽油机游梁尾部，上部安装可调节的配重块，配重平衡块采用游标式结构。游标配重采取限位保护方式，在游标配重两端设计接近开关，游标配重的有效行程长，平衡度调节范围大，实现可靠的限位保护（图1、图2）。

图1　自平衡控制装置安装示意图

图2　太阳能自平衡控制装置设计图

2.2太阳能配电系统设计

针对从地面控制箱处接电提供动力的常规布线方法存在的安全隐患，在抽油机尾游梁上设计可依靠太阳能储能驱动的发电系统，可按油井地理位置在上部或侧面设计太阳能板的安装位置，其中太阳能电池板、蓄电池、电动机额定电压为直流24 V［3］，以此控制尾部上的配重块向前或向后按轨道移动，从而调整抽油机的平衡度，实现自平衡运行。自平衡控制软件控制系统界面见图3。

图3　自平衡控制软件控制系统操作图

3　现场试验

现场试验改造机型为CYJ10-4.2-53HB，尾平衡及太阳能动力系统的装置在地面进行一体设计，现场直接安装（图4）。

图4　抽油机井太阳能自平衡现场

改造前电流平衡率为90.3%，改造后电流平衡率为98.8%（表1），改造前有功百米吨液耗电为1.939 kWh，改造后为1.725 kWh，下降了11.04%。实际测试表明，应用该技术后，油井有功节电率为11.04%，无功节电率为11.01%，综合节电率为11.06%（表2）。改造后，游动平衡重可依据测试所得的平衡度水平进行自动移动，实现在每个冲程过程中的平衡调整。从改造前后有功功率曲线测试可知，不但降低了油井有功消耗功率，功率曲线变化更加平缓，而且通过自平衡有效消除了原有的负功功率（图5）。

表1　试验井改造前后生产及能耗数据

表2　试验井改造前后测试节能效果对比

图5　抽油机井自平衡改造前后有功功率曲线

4　结论

抽油机井利用太阳能进行自平衡调整设计自带电源系统（太阳能），通过尾游梁平衡结构可自动实现游梁式抽油机的在线自平衡调整，改造后的抽油机具有自动调整平衡、节能、安全可靠等优点，能有效改善抽油机井的运行状况，减少停机调整平衡时间，降低调参过程中的不平衡耗电。试验表明，自平衡改造后抽油机井在线调整平衡率可达到95%以上，有功节电率达到11.04%。

［1］王雪玲，薛自建，蒋幽君，等.自平衡智能抽油机的研发及应用［J］.石油机械，2014，42（10）：82-85.

［2］邓卫东.异相游梁抽油机可调式尾平衡装置［J］.石油机械，2012（2）：60-63.

［3］韩东颖，苏连超，刘佳丽，等.太阳能辅助供电节能式抽油机［J］.科技创新导报，2015（22）：33-35.

（编辑沙力妮）

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10.3969/j.issn.2095-1493.2016.05.002

赵明明，2013年毕业于东北石油大学（石油工程专业），从事油田采油工程工作，E-mail：44271333@qq.com，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第六采油厂第二油矿，163114。

2016-02-01