油田抽油机的节能装置

张超 冯耀辉 陈祥国 吴滇 张弛 林盛昌

【摘  要】为了解决目前市场上抽油机功耗大、维修费用高昂的问题，论文介绍了对油田抽油工作的节能控制和操作优化，并且分析了抽油系统触摸屏的操作界面。通过SolidWorks软件进行机械结构的设计，通过步进电机、触摸屏、平衡块、M型结构，来实现抽油过程要求的动作，使得抽油过程能够节省更多的资源，提高资源的利用效率，减少抽油机的故障率，从而减少维修费用。

【Abstract】In order to solve the problem of high power consumption and high maintenance cost of pumping units in the current market， this paper introduces the energy saving control and operation optimization of oil pumping， and analyzes the operation interface of the oil pumping system touch screen. SolidWorks software is used to design the mechanical structure， and the stepper motor， touch screen， balance block and M-type structure are used to realize the action required in the pumping process. So that the pumping process can save more resources， improve the utilization efficiency of resources， reduce the pumping unit failure rate， thereby reducing maintenance costs.

【关键词】机械结构;平衡块;高效率;电机

【Keywords】mechanical structure; balance block; high efficiency; motor

【中图分类号】TE933                               【文献标志码】A                                   【文章編号】1673-1069（2020）08-0178-02

1 引言

机械采油法是如今油田生产中最主要的采油方式，游梁式抽油机作为历史最久、使用最广泛的抽油机依旧是今后油田生产的主要设备。传统型的游梁式抽油机己无法满足现阶段油田生产的要求。若要其实现“长冲程，少冲次”的效果，需要在改变减速箱的扭矩比例的同时增加曲柄尺寸，以及改变传统的抽油机的机械结构，减少其使用的器件，这样一来，才可以保证在游梁摆角的限制范围内，最大程度地扩大驴头的运动范围，达到增加冲程的目的。开发研制出满足现状的新型抽油机成为石油机械工业中的重要课题。降低生产能耗、提升生产效率和增加操作的安全性是油田油井的发展方向，这就要求我们应加快技术创新与设备的发展。

2 功能介绍

2.1 工作原理

①抽油机采用无游梁设计结构，设计一种平衡块进行势能储存，在抽油杆上升的过程中，利用平衡块与电机直接配合拉动抽油杆，从而实现在抽油机工作过程中降低能耗的目的。②利用平衡块替代减速机可能会导致平衡块与抽油杆之间存在平衡差，通过M型的电机安置法来实现单电机弥补平衡块和抽油杆的平衡差。

2.2 产品结构原理

2.2.1 单个零件图

该产品由一个步进电机、平衡块、抽油杆组成一个M型的结构来带动整个抽油的过程。一台步进电机配合着平衡块拉动着抽油杆上下运动，带动我们整个装置的运动，如图1、2所示。

2.2.2 整体原理图

该“油田抽油机的节能装置”由平稳的支架、底座、设定好的活动区运动杆、平衡块以及M型结构装置组成，可以按设计要求达到所做的动作，如图3所示。

2.3 产品的电气控制原理

2.3.1 电气控制原理

当操作人员按下启动按钮时，PLC收到一个输入信号，这时抽油机抽油杆系统先开始工作，Y0首先输出使得抽油杆到达指定的深度，一段时间以后，Y1输出将设定好重量的平衡块利用电机的操作来实现陪重，使得抽油杆上升到指定位。最后整个系统复位重复以上操作。直到按下停止按钮时，系统停止工作。电气控制原理如图4所示。

2.3.2 PLC梯形图

本系统采用了三菱FX-2N系列PLC。部分PLC程序图如图5所示。

“油田抽油机的节能装置”三菱FX2N系列PLC控制I/O口分配如表1所示。

3 功能及指标

3.1 基本功能

①本系统可以将传统的抽油机进行一个很大的跨进，我们不只是对抽油机的工作方式进行创新，更是对所配备的电机进行自主性的开发设计制作，大大地提升节电率;原先可能需要5kW，现在将减少到2kW左右，节电率将高达30%～40%。②现场操作人员不需要再担心电机出现一些不必要的因数，或者在其他不好的环境下作业，可大大减轻工作人员的心理负担，使他们的劳动成果得到最大限度的回报。③本系统可以全天候的工作，我们后期将会在抽油杆上下文章，将原来一整条的抽油杆模式换为“间段式”，减少抽油机处理时的人力以及财力的投入，大大加快了抽油机处理的速度，并且效率只会更加提高不会降低。

3.2 相关指标

①改变传统抽油机的游梁式结构，采用了比较新颖的无游梁式结构。②利用平衡块替代传统抽油机大能耗的减速机，使得电机和平衡块配合能够直接拉动抽油杆工作。③在抽油机工作时可达到高节能的功能，并能及时利用M型的电机安置法来实现单电机弥补平衡块和抽油杆的平衡差，具有较低的成本、高性能、使用寿命长等优点。④通过该装置能够减少运行过程中一些耗能设备的使用，从而使得抽油机的能耗大大降低。⑤本系统采用电动和悬重平衡作为动作方法，使整个系统非常的节能环保并且操作简单、灵活、方便。

4 结语

设备的整体性能完整化，有利于现代抽油工作的进行，在原有的无游梁抽油机基础上降低了抽油机的制造成本和工作烦琐程度，并且缓解了能源消耗大的问题。整套装置完整性良好，各方面动作完整无误。

【参考文献】

【1】向晓汉，等.PLC控制技术与应用[M].北京：清华大学出版社，2010.

【2】廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工程出版社，2008.