抽油机锥套式驴头销的应用

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引言

目前,国内油田所使用的游梁式抽油机中,游梁与驴头连接一般采用插销式,驴头销子直接插在驴头和游梁的筋板销孔中。在长期运行中,销子与销孔会出现不同程度的磨损,且磨损成不规则的椭圆形,造成销子与销孔出现配合松动现象,在运行时相互摩擦也会产生较大的响声,驴头销子也会出现上窜现象,严重时会将驴头拉歪,甚至将驴头筋板和本体撕裂,存在很大安全隐患。抽油机曲柄销与冲程孔的配合,是利用割缝衬套的内锥通孔受力膨胀的原理,先将衬套插入冲程孔内,再将曲柄销插入衬套,上紧冕型螺帽后,由于衬套内部锥度的作用使衬套膨胀,从而将冲程孔、衬套、曲柄销三者紧密配合,防止了曲柄销在衬套内窜动。根据曲柄销与衬套配合的特点,我们利用衬套的受力膨胀原理,对抽油机驴头销进行了创新改造。

1 目前存在的故障及处理方法

目前,游梁式抽油机在采油的过程中,驴头做圆弧上下往复运动,分为上冲程和下冲程。在做冲程的过程中,其驴头及驴头销在上下死点位置时承受着井内杆柱和液柱的交变载荷运动,对驴头的四个插销承载能力要求很高;如驴头销与筋板配合间隙过大,则会出现松动现象并有锈迹,长期运转会造成销子磨损、异响、震动、腐蚀、筋板内孔磨损成不规则的椭圆形,驴头销子出现上窜,严重时会出现驴头撕裂等情况。目前部分油田解决的办法是将磨损的驴头销拆下,焊接焊点然后打磨继续使用;也有的油田在驴头销与销孔之间加垫薄铁皮,然后敲进筋板。这些解决的方法都是使销子与销孔恢复紧密的配合,但只能够暂时缓解驴头的响声和磨损,但是运行一段时间后或者修井作业拆卸驴头销后,还是容易产生松动现象,再次发出响声,影响抽油机的安全生产。在驴头销与筋板配合间隙过小时,加上长期雨淋日晒锈死,导致无法取出驴头销,则需要安排吊车进行拆吊抽油机游梁,不仅延误上井作业时间,增加作业成本,还降低了油井的采油时率,减少油气产量。

2 锥套式驴头销的技术方案及主要结构

针对现有驴头销出现的问题:1、驴头销与筋板配合间隙过大造成的松动、锈迹、磨损、异响、震动、腐蚀、筋板内孔磨损、驴头撕裂;2、配合间隙过小造成难以取出等问题;这些都会容易发生设备事故,造成维修成本增加,经济的损失。对现有驴头销进行升级改造,其最终目的是防止松动引起的故障、防止过紧引起的难题。具体设计方案:驴头销与衬套设计为锥体,衬套侧壁设有膨胀槽,压盖与筋板相接触,驴头销底部设有外螺纹,通过螺帽收紧压盖,由于反作用力的形成,使驴头销受力单向移动,由于锥度的作用,使衬套进行膨胀,膨胀后的衬套外壁与筋板内壁相接触,从而达到收紧防松的目的;需要拆卸时,卸松螺帽后,由于锥度的作用,使驴头销释放拉力上移,衬套收缩作用,使衬套外壁与筋板内壁释放力的作用,即可将驴头销从衬套中取出。

锥套式驴头销其基本结构主要由:插销、衬套、盖板、螺母、并帽组成,与抽油机驴头筋板和游梁筋板配合使用。设计原理是在现有的驴头销基础上,将驴头销圆柱体改变为圆锥体插销,锥度比例为1:10,插销设有上部凸台,凸台设为非对称式,一半为圆形一半为方形,当插销插入衬套时,半圆形朝外放置,方形朝驴头侧放置,卡在驴头筋板中,目的是在旋扭锁紧螺母时防止插销在衬套内跟转,起到定位的作用;底部设有一凸台便于敲击作用;插销底部设有M30外螺纹,可与螺帽配合使用;设计加工一个通孔锥套式衬套,衬套为内锥式,锥度比例为1:10,衬套本体的顶部设有一凸台,衬套本体的侧壁上设有一开口张合缝,便于膨胀作用,减小销孔与插销之间的间隙;该插销可分离的与衬套相连接,衬套可贯穿于驴头筋板和游梁筋板孔中;插销螺纹上设有一个可拆卸固定盖板,盖板内侧设有二级台阶;以及锁紧螺母和并帽各一个与M30外螺纹配合使用。该插销上凸台与该衬套上凸台的间距为10毫米,此间距为调整锁紧空间。该插销本体的长度大于该衬套本体的长度。该固定盖板上设有一二段梯形通孔,配合在驴头筋板与锁紧螺母之间使用。

3 锥套式驴头销的基本原理

锥套式驴头销,无需根据抽油机筋板的销孔磨损程度来单独设计衬套的尺寸,本内锥式衬套为统一尺寸。其基本原理为:当驴头插销插入衬套紧密配合后,插销顶部凸台的底面与衬套凸台的上面留有10mm间距,此间距为调整锁紧空间。由于插销、衬套、筋板之间被牢牢收紧,无间隙,且衬套受力张开后起到锁紧筋板减小衬套与筋板之间的间隙,起到防松的作用,因此该锥套式驴头锁紧装置有效解决了常规驴头销子的松动、异响、偏磨、上窜、驴头拉歪撕裂等问题,从而消除了抽油机生产过程中驴头销的安全隐患。

4 应用效果及经济评价分析

改进后的锥套式驴头销能够有效解决常规驴头销子的松动、锈迹、腐蚀、异响、偏磨、上窜、驴头拉歪撕裂等问题,消除了抽油机生产过程中驴头销的安全隐患,降低了维修成本和油井的采油时率,减少油气产量损失。目前已在我采油厂近10台抽油机中进行安装使用,有效的解决了上述等问题,尤其对于孔径变大的销孔也能够有效的解决,降低了故障率和维修率,增加的安全运行系数,效果显著,目前没有出现异常情况。

结论

抽油机锥套式驴头销的现场应用表明,此装置达到了初期设计的目的,能够利用衬套受力膨胀的原理解决现场运行中驴头销的松动、锈蚀、异响、偏磨、震动、上窜等问题,防止问题严重化,增加设备安全系数,提高油井生产时率,结构简单便于操作。但是该装置还存在一些细节的问题,待继续改进解决。