齿条式抽油机在油田试验效果研究

张波 李文平 张楠（中国石油长庆油田第一采油厂）

目前石油现场大量应用的抽油设备是众所周知的游梁式抽油机，这种抽油机存在着能量传递效率低、电动机能量利用率低、冲程不能大幅度提高等缺点或不足。在同等悬点载荷、减速器扭矩的情况下，冲程长的抽油机造价要高。根据油井产液量大小、动液面深浅、含水率及原油黏度大小等因素统筹考虑。小泵、深抽要考虑抽油机额定悬点载荷的满足。油田现场开展在152-20油井试验安装了长环形齿条抽油机（简称齿条机），通过针对设备结构、工作原理以及现场生产工况分析，并与同型号普通游梁式抽油机的节能测试对比，计算了现场齿条抽油机的实际节能效果。

1 设备构造及传动原理

1.1 设备构造

齿条式抽油机[1]基本结构是包括传动部分、换向部分、刹车部分、机架部分、悬挂部分。传动部分在机架下半部，换向部分在机架内部，悬挂部分在机架顶部，刹车部分在机架下半部的环形齿条式抽油机。其传动部分的输入轴上设有链轮、链轮箱体、链轮箱体内部装置有链轮、链条、上部的传动轴上装置有链轮、扶正轮、轨迹齿轮、导向轮，其传动部分的输入轴上设有链轮、链轮箱，链轮现内装置有链轮、链条、链轮，链轮箱上部的传动轴有链轮，齿轮与齿条相啮合，齿条装置在换向架的内部。换向架的两侧装置有滑座.换向架的顶部连接负载胶带，下端连接悬挂器，滚筒固定在机架顶部，轨迹齿轮与齿条相啮合。具体构造图见图1。

图1 齿条抽油机构造

1.2 工作原理

环形齿条[2]固定在平衡块上，电动机输出的旋转经过皮带传动到减速器，减速器输出轴端装有小齿轮和导向轮，小齿轮转动的同时可以和减速器、导向轮在水平轨道内沿水平方向平动，在导向轮的导向作用下，小齿轮和环形齿条始终保持良好啮合。

电动机低速转动时小皮带轮带动大皮带轮带动驱动传动轮，带动曳引带和光杆实现抽油，传动效率高，整个冲程运动平稳、动载荷及惯性载荷小。其工作主结构中没有传动皮带、减速机等机械传动机构，其功能部件由安装在顶端的电动机组成，在电动机转子上装有分别挂悬点载荷和平衡重的皮带，依靠换向开关和变频控制器实现电动机的正反转和调速，以实现抽油机的功能。齿条抽油机[3]由于简化掉了其它抽油机所用的机械传动环节，使它自身具备了高效率的基础条件，传动链短，能较好地利用平衡重的平衡功能，有利于自身节能，同时具有长冲程有利于减小相对冲程损失而提高泵效。

1.3 特点评价

齿条抽油机承受的悬点载荷和载荷差幅度小[4]，可降低抽油机的装机容量，延长抽油机的使用寿命。抽油杆承受的最大载荷和交变载荷降低，可降低抽油杆的弹性变形量，增加抽油泵柱塞的有效行程，提高泵效。齿条抽油机抽油杆[5]承受的最大载荷和交变载荷降低，使得抽油杆承受的应力和应力幅值降低，可延长抽油杆的使用寿命。

2 现场节能测试

现场开展针对齿条机和普通游梁式抽油机的测试对比试验，通过重点分析齿条机电力波动曲线和电能参数统计，得到相关测试参数的对比详细结果，分别见图2，图3，表1。

图2 电能参数测试曲线

图3 152-20井电能参数统计

表1 参数测试对比结果

3 测试效果分析

3.1 节能率计算

取值按SY/T 6422—20167的规定执行。当电网采取无功补偿时，应从补偿端计算电动机的电源变压次数。在油田抽油机电动机都在3次变压以后，取0.09。选取在有效功率相同情况下，用输入功率与输出功率的不同值进行计算。见表2。

3.2 齿条机平衡效果分析

该齿条机现场安装了132个平均重量为0.1 kN的平衡块，总重量为9.6 kN；日耗电54.1 kWh，上电流8.4 A，下电流6.7 A，功率平衡度0.88，均方根电流7.05 A，图4中曲线也对应表明该齿条机满足平衡要求。

图4 平衡效果分析

4 结论

1）齿条抽油机抽油过程中上下冲程在换向期间才有短时间的加减速度，因而其动载较小，对应的电流基本上是一条直线，表明工作状态平稳，具有良好的工作稳定性能。

表2 节能测试对比结果

2）齿条机由于主要工作部分采用齿轮配合齿条机构，使抽油机自身重量得到了减少，减少了抽油机的钢材用量，同时也把游梁抽油机的可靠性简化了。实现同等冲程长度时，该机自身高度大大减小，提高了装机的稳定性，提高了抽油机的安全性。

3）齿条机有限度的改变最大、最小载荷的峰值，提高三抽工艺的适应性，延长检泵周期，齿轮传动本身比其他运动机构具有较高的传动比，结构简单缩短传动链，提高了传动效率，同时减少作用于轴上转矩和变化幅度，减少电动机功率，达到比同型普通游梁抽油机节能的效果。