抽油机调冲次工具研制

梁月平，钟 陈，蒋宝军

（中石油吐哈油田公司油气生产服务中心，新疆乌鲁木齐 830009）

0 引言

游梁式抽油机经过100 多年的发展，具有结构简单、管理方便、故障次数少、使用寿命长和设备总效率高等优点，已经日趋成熟和完善，是国内外各油田主要的机械采油设备。游梁式抽油机利用四杆机构，将曲柄回转运动变为游梁摆动，同时利用驴头弧面—钢丝绳机构，将游梁摆动变为悬绳的竖直运动。为了实现不同油井工况的不同需求，需要抽油机运行参数可调来实现调整，即抽油机冲程和冲次两项参数分别可调。游梁式抽油机冲程是驴头悬点最低点至最高的垂直距离，一般通过移动曲柄销在曲柄上的位置来实现；游梁式抽油机冲次是抽油机每分钟运转的次数，冲次的调节实际是通过更换抽油机电机皮带轮，改变皮带轮直径大小，从而改变皮带的线速度，来实现抽油机每分钟运转的次数改变。本文主要是针对游梁式抽油机调冲次过程中遇到的问题，设计新工具来解决特定的问题。

1 现有问题

1.1 应用背景

吐哈油田采油设备以游梁式抽油机为主，分别有鄯善、吐鲁番、鲁克沁、三塘湖、准东等采油区，不同区块地质构造导致地层多样，因此油井载荷变化较大，抽油机种类繁多。

1.2 存在问题

常见的游梁式抽油机有弯游梁抽油机、双驴头抽油机、下偏复合抽油机等，常用机型有6 型、8 型（前置、后置）、10 型、12型、14 型、16 型（弯游梁、符合平衡）、18 型共9 种机型之多。机型偏多导致设计过程中抽油机的电机皮带轮规格繁多，冲次2～6 次/min 多达7 种；皮带轮尺寸范围更为复杂多样，直径140～315 mm，长度114～210 mm，皮带轮规格多达16 种之多（图1、表1）。

表1 皮带轮规格明细表

图1 皮带轮结构

不同机型抽油机的电机功率不同，配备的电机轴的直径也不尽相同，因此，不同功率的电机皮带轮一般没有互换性。将电机轴、皮带轮孔设计成锥轴配合，以方便拆卸（图2）。

图2 电机与皮带轮装配

1.3 旧有工具优缺点

对于不同抽油机和不同抽油机的不同冲次，电机皮带轮的尺寸都不尽相同。抽油机型号繁多，需要更换的皮带轮规格近20 种，这给拆卸皮带轮调冲次的工作带来极大困扰（图3）。不同规格的皮带轮，拆卸时就需要相应规格的拆卸工具，普通的拉轴器根本无法达到轴向、径向均可大范围调节，长期以来调冲次时拆卸皮带轮没有一款合适的拆卸工具（图4）。

图3 皮带轮现状

图4 三爪拉马

在研究之前，现场配备了4 种规格的三爪拉马配合更换皮带轮，需要不停更换三爪拉马规格，且拉拔皮带轮过程过于繁琐不便。因此，这种工具在现场逐渐淘汰，慢慢演变成最简单粗暴的方式：使用斜铁撬、榔头砸的方式拆卸皮带轮（图5）。这种方式的优点是工具单一、操作方法简单，弊端也显而易见：施加力不均匀易损伤皮带轮，根据现场统计，皮带轮报废率达到4%，不利于基层配件成本控制（图6）。

图5 斜铁楔入拆卸

图6 皮带轮损伤

2 新工具研制

鉴于以往的两种方法弊端均比较显著，不建议推广，因此研发设计抽油机更换冲次的工具。设计思路：轻巧、方便携带，满足8 型～16 型抽油机各种规格的皮带轮拆卸，避免皮带轮拆卸过程中的损坏。

2.1 设计制造

根据思路设计了专用工具，成立了研制小组：第1 小组负责工具图纸、工艺设计，第2 小组负责加工制造过程，第3 小组负责现场效果应用。

（1）第1 小组根据功用和安装结构，对调冲次用拉爪进行图纸、工艺设计（图7）。拉爪上开3 组定位调节孔，通过销轴换孔实现皮带轮长度114～210 mm 调节。拉爪滑块上开两组矩形通槽，长度50 mm，槽内通过移动销轴实现皮带轮直径114～210 mm 调节。拉爪滑块中间设计丝杆调节机构，使用顶丝进行轴向调节，调节长度60 mm，通过不断上紧顶丝，使顶尖对电机轴施加向内的压力，拉爪不断对皮带轮施加向外的拉力，可实现皮带轮拆卸功能。拉爪采用35CrMo 材料并进行淬火处理，保证拉爪强度和刚度满足使用要求。

图7 抽油机调冲次工具

（2）第2 小组根据图纸、工艺设计，联系专业加工机构，将图纸交专业加工机构定做，并跟踪加工过程，严格控制加工工艺要求。

（3）第3 小组负责对加工完成的调冲次用拉爪进行现场应用检验（图8）。选择三塘湖油区进行试验，该区域抽油机有6 型、8 型（前置、后置）、10 型、12 型、14 型、16 型（弯游梁、符合平衡）、18 型共9 种机型，分别分布于牛圈湖、牛东、北小湖3 个区域。

图8 工具现场应用

2.2 应用效果

经过现场3 个月的使用情况跟踪，工具符合设计要求，应用效果满足现场使用要求。在3 个月的跟踪过程中，新研制的抽油机调冲次工具拆卸皮带轮累计82 次，随机抽取20 组数据统计，现场应用效果良好（表2）。

表2 皮带轮拆卸工具应用统计

2.3 研制总结

新研制的抽油机皮带轮拆卸工具，现场使用可靠且未出现皮带轮损伤现象，平均每次作业缩短了8 min 拆卸时间。新工具方便携带，满足多机型不同规格的皮带轮拆卸（表3）。

表3 新旧皮带轮拆卸工具应用效果对比

3 结论

通过性能对比，新研制的皮带轮拆卸工具使用效果得到改善，且使用过程中减轻了工人更换皮带轮的劳动强度。三塘湖油区使用3 个月累计调冲次82 次，皮带轮报废率从4%降低到了0，累计减少皮带轮配件消耗3 件，全年减少皮带轮配件消耗12 件，每年约节省配件采购费用5400 元，工具成功研发并得到推广应用。