大庆油田高含水区域抽油机节能降本设计(压)

大庆油田

高含水区域抽油机节能改造

成套技术简介

一、项目背景

抽油机是油田原油生产的重要关键设备，特别是游梁式抽油机以其结构简单、性能可靠、故障率低、使用寿命长等优点，多年来一直被油田生产广泛使用，抽油机大约占全部采油设备的80%左右，是油田生产主力军，为油田高产稳产立下汗马功劳。（见照片）。

抽油机同时也是重要的耗能设备，抽油机电机的用电量占整个油田总用电量的70%以上，抽油机的节能具有显著的经济效益和突出的社会效益。抽油机电机的耗能一方面用于正常的产液耗能，而还有一部分是用在克服抽油机的不平衡状态，抽油机的节能同时具有较大的空间。

我们在用的这些游梁式抽油机中有许多存在不平衡状况，特别是在注水开发的高含水区块，抽油机不平衡状况尤其严重。其产生不平

衡的原因有二个方面：一是在抽油机选型时为满足产液量需求，必须选择较大机型。如某区块设计井深只有1200m，但产液量需要80m3/d,所以虽然悬点载荷只有6吨，但是机型却要选择12型机或更高机型。而出厂抽油机的平衡重设计均按最大载荷设计，仅靠调整抽油机自身平衡块位置来解决其不平衡现象，仍有相当一部分抽油机已将自身平衡块调整至极限位置也无法解决其不平衡的问题。二是注水开发的高含水区块大多是老区，随着注水量的增加、注水压力的增大，井下渗透率、沉没度等参数发生了较大变化，原先所选抽油机的平衡参数也发生较大变化，因此导致不平衡现象发生。据初步了解，目前大部分抽油机的平衡率只有60-75%左右，处于不平衡现象较为普遍。

抽油机的不平衡带来二个严重后果：一方面造成能源的巨大浪费，一般情况下抽油机有15~20%的能量消耗在克服不平衡状态。另一方面由于大多数抽油机为曲柄平衡方式，长期处在不平衡状态下运行，极易造成皮带断裂、减速箱漏油现象发生，使原油生产成本居高不下，也严重影响油田生产。因此，实施技术改造解决抽油机的不平衡状态是抽油机节能的重要措施。

二、节能改造技术路线

为了解决在用抽油机的不平衡问题，我们提供一整套的解决方案。首先从理论设计入手，根据需要改造抽油机的井下参数及该机自身结构，准确地计算出所需配重质量。然后具体设计可调式下偏杠铃

装置，该装置不仅确保该机现在平衡状态，也为今后平衡状态的调整创造了条件。最后根据设计配重质量及下偏杠铃结构，使用复合材料浇注非铸铁平衡块，达到既节能环保又可避免因丢失所带来的损失。

1、单机定向抽油机配重软件设计

现在抽油机出厂时配重都是标准配置，无论井况有何变化，平衡块质量始终不变。而用户在选择抽油机时主要考虑满足二个参数：一是最大悬点载荷；二是最大产液量。往往在油田内部是以注水开采为主，产液量很大，而井深很浅，悬点载荷很小，但选择的抽油机型号却是较大。所以就形成抽油机配套平衡块很大，即使四块只用二块也难以调至满意平衡。而使用二块平衡块的抽油机基本采用对角安装方式，减速箱轴在扭矩作用下，长期运转必定造成齿轮的偏磨及减速箱输出轴曲柄的剪刀差，严重影响抽油机的使用寿命。经过抽油机配重设计软件进行重新设计，能够更加准确的配置抽油机配重重量，避免了浪费，延长了抽油机使用寿命，也有利于节能减排。

2、在单一曲柄平衡的抽油机上安装下偏杠铃装置

为解决单一曲柄平衡给抽油机带来的诸多弊病，我公司研制开发了可调式下偏杠铃装置。该装置较好地解决了游梁式抽油机单一曲柄平衡带来的升降电流比差别大、减速箱载荷大油封易漏油和齿轮易磨损等问题。

可调式下偏杠铃装置上部用φ140×16厚壁管与焊在游梁上的瓦座联接，扣上瓦盖，用4.8级以上强度的螺栓将瓦盖固定在瓦座上，下部用φ110直径的轴将若干块平衡块和两侧主板联接而成。平衡块

单块质量80KG，平衡块的数量将根据设计配重进行调整。该装置在设计中合理利用了横梁与减速箱之间的空间位置，使其在运行时不与其他部位发生矛盾。该装置结构简单、可靠性强，有效地解决了游梁式抽油机单一曲柄平衡带来的各种问题。

3、应用复合材料制造抽油机平衡块

传统的抽油机平衡块由铸铁制造，制造成本高，而且铸造过程中消耗大量能源，同时排放出大量二氧化碳等有害气体及残留大量污染物质，对地球环境造成一定的危害。铸铁平衡块又是不法份子盗取目标，一旦被盗，不仅造成直接经济损失，而且影响油田生产。

新型抽油机平衡块由高强度复合混凝土材料构成，通过合理地设计钢筋骨架，保证了新型平衡块的强度。复合材料平衡块的钢筋混凝土块可由钢筋骨架和铁矿石、废钢铁、废钢渣、废铁屑、氧化铁粉等加重材料及平衡块专用减水增强剂等辅助材料构成。配制成的抽油机复合材料平衡块平均密度从 3.0~5.5g/cm3，可根据产品的安装空间

进行选择。

通过以上技术路线的实施，可将抽油机平衡率由原来的60-70%提高至95%以上，完全能达到抽油机采油状态时的平衡要求。按此平衡率计算每台抽油机平均可节电15%以上，并且通过技术改造改善了抽油机的工作状态，降低了减速器负荷，减少了传动皮带、减速箱齿轮和油封磨损，延长了抽油机的使用寿命。节约了大量能源，可大大降低原油的生产成本。

三、已完成所有技术准备

1、完成单机定向抽油机配重软件设计

区域定向抽油机配重设计软件已开发完成，同时完成计算机模拟运行，现已申请软件注册。

配重设计前要了解该油井生产情况，包括井深、含水量、产液密度、产液粘度、产液量、沉没度等参数。

然后再了解该井配套抽油杆、抽油泵的有关参数，包括抽油杆直径、密度、长度及抽油泵直径、游动阀直径，油管内径等参数。

以上参数输入后用于计算抽油机悬点载荷。

最后输入拟配置抽油机的参数，包括冲程、冲次及游梁、曲柄结构参数和质量参数，即可通过后台软件计算出需要配置的抽油机平衡

重。

2、完成平衡块复合材料研究

平衡块复合材料的研究历时3年。首先在正式产品制造之前，对设计密度、材料配比完成的强度性能进行小样检测，根据检测数据判定能否满足要求。

以下有四份检测报告，分别对密度设计为5.0g/cm3、4.5 g/cm3的二种复合材料分别进行抗压强度和抗折强度检测。

检测前将按设计材料配比分别将小样按规范制成150 mm×150 mm ×150mm、500 mm×150 mm×150mm的试验样快，按要求养生后，到权威检测结构检测。（详见附件检测报告）

复合材料检测报告（密度4.5）

复合材料检测报告（密度5.0）

3、完成专利及现场试验

复合材料平衡块共取得三项专利，截止目前已有二台样机投入现场试验，第一台样机与2009年9月4日安装试验，历经二个严冬考验，至今运行二年，运行状况良好。第二台样机由大庆油田装备制造集团研究院在新14型优化设计中选配设计，与2011年3月5日安装试验，至今运行状况良好。（专利证书及平衡块制作、试验情况见照片）

游梁式抽油机平衡块复合式游梁抽油机平衡块骨架浇注式游梁抽油机平衡块

专利号：ZL200820007942.2 专利号：ZL200920179742.X 专利号：ZL201020592606.6

复合抽油机平衡块模具

复合材料样块

成品样块一

成品样块二

样机一（2009.09.04）

样机二（2011.02.28）

大庆奥优泰克石油技术服务公司

二零一一年九月

联系人：李先生：130********