6型抽油机增程改造的研究

兰 真，邓 阳，方艳辉

（中国石油集团渤海石油装备制造有限公司，天津 300280）

0 引言

随着各油田进入中后期开发，短冲程抽油机已经不能适应采油工艺的需要，若报废换新，不但会造成资产浪费，而且资金投入量庞大，因此，对在用的短冲程抽油机进行增程改造是十分必要的。增程改造多以引入新机构或改变整机结构的方式增加冲程，这些增程方法虽达到了预期的效果，但也存改造量大、成本高、不利于实施的弊端。

针对于原有的6型游梁式抽油机，提出采用中轴座安装位置后移的方法增加抽油机冲程，该方法改造量小，改造成本低且容易实现。对增程改造后抽油机减速器净扭矩及连杆力的分析表明：增程改造后的抽油机性能能够满足实际需求。

1 增程改造的原理

6型抽油机结构及运动简图如图1 所示。图中，A 为游梁前臂长，C 为游梁后臂长，P 为连杆长，K 为基杆长，R 为曲柄半径，φ 为游梁后臂与基杆之间的夹角，δ 为游梁摆角。

由图1，驴头在两极限位置φ 角分别为：

图1 6型抽油机结构及运动简图

由几何关系可知，两极限位置φ 角之差即为游梁摆角：

抽油机最大冲程S 为：

由式（4）可知，增加前臂长度或增大游梁摆角均可实现抽油机增程：①增加前臂长度的方式比较单一，仅增加A 的值即可；②增大游梁摆角可选择的方式较多，如减小后臂C、增加曲柄半径R、加长连杆P 等。考虑改动量和改造成本，减小后臂C 是首选的方式。为了更有利于抽油机增程后的性能，避免单一参数的大幅变化，宜采用加长A 和减小C 相结合的方式，如将中轴座安装位置后移。

在参数设计时，需保持整机前后臂长度之和不变：

式中 A0——改造前抽油机前臂长，mm

C0——改造前抽油机后臂长，mm

A1——改造后抽油机前臂长，mm

C1——改造后抽油机后臂长，mm

将6型抽油机冲程由2.5 m 改造至3 m，由式（1）～式（5），增程改造前后参数见表1。

表1 6型抽油机增程改造前后参数mm

2 增程后性能分析

计算6型抽油机的减速器净扭矩及连杆力，以验证增程改造的实用效果。为了便于分析，规定：①曲柄匀速转动；②不计摆动部件的转动惯性。由文献［5］可知减速器净扭矩：

式中 ηm——四杆机构效率

W——悬点载荷，kN

B——结构不平衡重，kN

M——水平位置时曲柄对减速器的力矩，kN·m

θ——曲柄与12 点位置的角度，°

τ——平衡相位角，°连杆力：

式中 β——抽油机后臂C 与连杆P 之间的夹角，°

实际上，抽油机工况较为复杂，而悬点载荷又因工况而存在一定的差异。依据常规的工况：上冲程最大载荷为额定载荷的70%，下冲程最大载荷为额定载荷的35%，对6型抽油机而言，上冲程最大载荷42 kN，下冲程最大载荷21 kN。根据式（6）和式（7），增程改造前后抽油机的减速器净扭矩及连杆力变化如图2 所示。

图2 减速器净扭矩及连杆力变化

由图2a），上冲程时减速器净扭矩有所增加，但远小于26 kN·m的额定值；下冲程时减速器净扭矩小幅降低，最大值由22.74 kN·m降至21.02 kN·m。由图2b），最大连杆力增加12%，但进行强度分析，各部件强度均在所允许的范围之内。可见，增程改造后抽油机减速器净扭矩及连杆力均在所要求的范围之内，整机性能能够满足实际需求。

3 增程方法的实现

中轴座安装位置后移只需将游梁上对应的安装孔及调整块后移，因冲程增加，同时再补接驴头侧板和弧板即可。这种方法改造量较小，容易实现，改造风险低，特别适用于在役抽油机的低成本改造。

实现过程如图3 所示：①将游梁原中轴座安装孔填满、去掉两侧的调整块；②按照原形位尺寸在游梁上的新位置重新打孔，焊接调整块、补焊加强板；③补接驴头侧板和弧板，整体打磨、补漆。应该注意的是：应确定原水泥基础是否需要加高，以免因冲程增加导致悬绳与井口发生碰撞。

图3 增程改造方案

4 结论

（1）中轴座安装位置后移的增程改造方法具有改动量小、改造成本低且容易实现的特点，特别适用于在役抽油机的低成本改造。

（2）中轴座安装位置后移，同时增大了游梁摆角和前臂长，避免了单一参数的大幅变化，更有利于增程改造后的整机性能。这对各种游梁式抽油机的改造提供了一种参考。