抽油機(jī)塔架式數(shù)控

塔架式數(shù)控抽油機(jī)屬于“長(zhǎng)沖程、低沖次”機(jī)電一體化的抽油機(jī)，是現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、控制技術(shù)、功率電子技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)集成創(chuàng)新的完美結(jié)合它采取控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，通過組合減速傳動(dòng)使抽油機(jī)的動(dòng)力源和終端負(fù)載作換向運(yùn)動(dòng)，拖動(dòng)抽油桿上下反復(fù)運(yùn)行，抽油桿和配重形成了天平式的平衡，相互不斷地交換儲(chǔ)存和釋放勢(shì)能的過程，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行時(shí)的平衡，使機(jī)械效率達(dá)到90%以上，無功損耗接近于零，起到了四兩撥千斤的效果，與常規(guī)抽油機(jī)相比節(jié)能效果達(dá)到30~70%，解決了常規(guī)抽油機(jī)機(jī)械效率低、難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程和高耗能的難題。

塔架式數(shù)控抽油機(jī)的主要特點(diǎn)是：

1. 采用牢固耐用的組合減速傳動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)合工業(yè)電腦數(shù)字化控制的永磁同步制動(dòng)電機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了柔性啟動(dòng)、加速、減速、超低速運(yùn)行，避免了抽油機(jī)在換向啟動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊，做到了抽油機(jī)只保養(yǎng)無大修，延長(zhǎng)了抽油機(jī)的使用壽命。

2. 采用簡(jiǎn)練機(jī)身，最大限度的利用空間位置，突破了常規(guī)抽油機(jī)最大沖程和最低沖次的局限，最大沖程可達(dá)8米、最低沖次0.5次。擴(kuò)大了抽油機(jī)的使用范圍，擴(kuò)展了抽油機(jī)的使用范圍，特別適合中高含水期大排量、深井、稠油井的重載強(qiáng)抽；延長(zhǎng)了抽油桿、抽油泵的使用壽命，適合了當(dāng)今大排量、低滲透、稠油井、深井的不同開采的需要。

3. 運(yùn)用變頻調(diào)速和程序自動(dòng)控制技術(shù)，變傳統(tǒng)機(jī)械式抽油為現(xiàn)代智能化采油，運(yùn)行效率高、能耗少、使用可靠，一舉將傳統(tǒng)的機(jī)械采油裝備帶入了電子時(shí)代。采用無線遙控操作，液晶屏數(shù)字顯示，清晰可見，調(diào)整參數(shù)（沖程、沖次）簡(jiǎn)便易行，無級(jí)分別調(diào)整上下沖程的沖次?？筛鶕?jù)井下工況隨時(shí)改變參數(shù)，達(dá)到最大泵效及工藝的要求。

4. 獨(dú)特的配重設(shè)計(jì)，能輕松、迅速地完成調(diào)整平衡的作業(yè)。

5. 可靠的安全保障，運(yùn)行時(shí)運(yùn)動(dòng)件與人隔離；操作機(jī)器與高壓電隔離；調(diào)平衡時(shí)配重塊落地調(diào)整安全無憂，電腦全方位監(jiān)控抽油機(jī)運(yùn)行，具有過載、失載、缺相等多種保護(hù)功能并有自動(dòng)起機(jī)、不平衡報(bào)警、停機(jī)、顯示故障原因、歷史故障記錄等保護(hù)功能。

6. 牢固耐用使用方便。抽油機(jī)裝卸載、調(diào)防沖距上提下掛、碰泵等不用輔助設(shè)備即可完成。

抽油機(jī)其實(shí)和我們平時(shí)家里自己打的水井抽水的原理一樣，也是通過一個(gè)活塞拉桿（抽油桿）的抽汲作用把油抽上來，然后通過地下埋的管道送走。唯一不同的地方就是這個(gè)拉桿的動(dòng)作是通過一個(gè)電機(jī)來帶動(dòng)的。

抽油機(jī)國(guó)內(nèi)有很多種形式，一般常見的就是電視上看到的那種帶有一個(gè)大大的扇形鐵塊那種，來回運(yùn)動(dòng)，形象地成為“磕頭機(jī)”。也有直線電機(jī)帶動(dòng)的，體積小，據(jù)說節(jié)能效果好些，但是成本比較高。

抽油機(jī)這樣的外形設(shè)計(jì)不是為了節(jié)能，而是從減少對(duì)電網(wǎng)影響的角度來考慮的，因?yàn)槲覀冎喇?dāng)抽油桿下落是，電機(jī)是不做功的，相反還有電能回饋電網(wǎng)，油田的抽油機(jī)比較多，這些回饋的電能使電網(wǎng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的畸變，所以有的抽油機(jī)就帶了回饋制動(dòng)或者回饋逆變等多種處理方式。

抽油機(jī)的節(jié)電技術(shù)主要有兩大類:一是開發(fā)不同類型的抽油機(jī)節(jié)能電機(jī)，如超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)、三相永磁同步電機(jī)、高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩雙定子結(jié)構(gòu)電機(jī)和電磁調(diào)速電機(jī)等。但由于資金投入太大，在許多油田用節(jié)能電機(jī)取代普通異步電機(jī)尚無法全面推廣。二是使用節(jié)能配電箱，采用改變定子繞組的接法可以改變電機(jī)電壓，但電機(jī)只能得到固定電壓，節(jié)電效果并不理想。

抽油機(jī)的節(jié)電技術(shù)采用變頻調(diào)速控制，則可以改變抽油機(jī)長(zhǎng)期處于低效做功的狀態(tài)，使其工作方式與油井實(shí)際負(fù)荷相匹配，保證每次都抽油，減少低效甚至無效抽取，從而降低電費(fèi)開支，減少維護(hù)成本，提高運(yùn)行效率。效果如下：

（1）變頻器具有軟起動(dòng)功能起動(dòng)時(shí)電流較小，對(duì)電網(wǎng)沖擊小，起動(dòng)時(shí)能耗大為降低。避免了啟動(dòng)時(shí)的相當(dāng)于3～7倍的額定電流，避免了不必要的電能損耗。同時(shí)減少了對(duì)電動(dòng)機(jī)，變速箱，抽油機(jī)等大機(jī)械的沖擊，延長(zhǎng)了相關(guān)設(shè)備的使用壽命。在工作中電機(jī)的功率因數(shù)可從0.2～0.5提高到0.9，減輕電網(wǎng)和變壓器的負(fù)擔(dān)，降低線損，大量減少了無功損耗。

（2）引進(jìn)變頻器控制可實(shí)現(xiàn)設(shè)備上，下行程自動(dòng)識(shí)別從而控制石油抽油機(jī)上、下行程的電機(jī)運(yùn)行頻率分別可調(diào)，以改變抽油機(jī)上、下行程的運(yùn)行速度。解決了因更換皮帶輪調(diào)速造成的停產(chǎn)，從而提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)達(dá)到滿足泵效的情況下耗用最少的電能。

（3）由于抽油機(jī)下行時(shí)負(fù)載性質(zhì)為位勢(shì)負(fù)載，變頻器加裝能耗制動(dòng)功能后恰能適應(yīng)其工況。對(duì)于改變抽油機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)最佳工作狀態(tài)帶來很大方便。降低漏失，提高泵效。

啟動(dòng)前的檢查與準(zhǔn)備

1、檢查重要部位是否完好（如地腳螺栓、剎車、游梁式抽油機(jī)的曲柄銷等部位有無缺損與松動(dòng)）。

2、檢查減速箱油是否適量（如非長(zhǎng)期停用，可通過觀察是否有漏油或盜油現(xiàn)象來初步判斷）。

3、檢查是否無妨礙運(yùn)轉(zhuǎn)的物體。

4、檢查油井流程是否正確與暢通。

5、檢查供電系統(tǒng)是否正常（重點(diǎn)檢查各種保護(hù)及接地裝置是否良好，如有轉(zhuǎn)換開關(guān)的應(yīng)在手動(dòng)位置，合上電源總開關(guān)，檢查電壓是否在額定值的-5%～ 10%內(nèi)）。

啟動(dòng)操作

1、摘除剎車安全鎖塊，松開剎車（注意剎瓦是否完全松開）。

2、待抽油機(jī)靜止后，點(diǎn)動(dòng)手動(dòng)啟停按鈕（站在配電控制柜側(cè)面，雨雪季節(jié)應(yīng)戴絕緣手套），觀察有無異常情況并及時(shí)排除（如啟不動(dòng)、皮帶打滑、有異響異味等）。

3、如有轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)扳向正常位置后，按啟動(dòng)按鈕（如一次不能啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)利用慣性，作2－3次啟動(dòng)。如仍啟不動(dòng)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行檢查，問題排除后再重新啟動(dòng)抽油機(jī)）。

啟動(dòng)后的檢查工作

1、檢查有無異響。2、檢查有無異味。3、檢查有無異色。4、檢查有無振動(dòng)。5、檢查有無漏油。6、檢查有無超載。

停機(jī)操作

1、當(dāng)抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在所需要的位置時(shí)，按停止按鈕。

2、緩慢剎緊剎車，使抽油機(jī)停止在所需要的位置上（當(dāng)油井氣量大時(shí)，則應(yīng)停在下死點(diǎn)；當(dāng)含砂量大時(shí)，則應(yīng)停止在上死點(diǎn)。維修時(shí)，應(yīng)停在方便工作的位置）。

3、掛上剎車安全鎖塊。

4、如有轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)扳向手動(dòng)位置，關(guān)閉電源總開關(guān)

抽油機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)包括額定懸點(diǎn)載荷，光桿最大沖程，減速器額定扭矩及最高沖次等，其定義和數(shù)字在標(biāo)準(zhǔn)中都已規(guī)范。

額定懸點(diǎn)載荷：懸繩器掛光桿處承受的光桿拉力的額定值，kN。它主要決定了抽油機(jī)的工作能力，影響可下井抽油泵的泵徑與泵深。

光桿最大沖程：調(diào)整抽油機(jī)沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使光桿能獲得的最大位移，m;它主要決定了抽油機(jī)的基本尺寸與重量，影響油井的產(chǎn)量。

最高沖次：動(dòng)力機(jī)輸出軸上裝設(shè)計(jì)允許的最大直徑膠帶輪時(shí)，或減速器輸入軸上裝設(shè)計(jì)允許的最小直徑膠帶輪時(shí)，抽油機(jī)所獲得的沖次，它主要關(guān)系著抽油機(jī)功率的配備，與最高沖次一樣影響油井的產(chǎn)量。

減速器額定扭矩：減速器輸出軸允許的最大扭矩，kN.m；它主要決定了減速器的尺寸與重量，它與上述三個(gè)參數(shù)間存在一定關(guān)系，關(guān)系著抽油機(jī)功率的配備，影響油井工況的選用。

為改善抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能，提高節(jié)能效果，減少整機(jī)重量和占地面積，近年在油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的無游梁式抽油機(jī)主要有鏈條抽油機(jī)和鋼繩抽油機(jī)。

抽油機(jī)鏈條抽油機(jī)

在結(jié)構(gòu)原理上，它不同于游梁式抽油機(jī)在于它運(yùn)用的是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。工作原理是由動(dòng)力機(jī)供給動(dòng)力，經(jīng)減速器將動(dòng)力機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)殒湕l的低速轉(zhuǎn)動(dòng)，并由特殊鏈節(jié)及主軸銷—滑塊機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槌橛蜋C(jī)往返架的上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)繞過天車輪的懸繩器總成帶動(dòng)深井泵工作。

主要由動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、換向系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)、懸重系統(tǒng)及機(jī)架底座等組成。鏈條抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、平衡調(diào)節(jié)方便、沖程長(zhǎng)等顯著優(yōu)點(diǎn)，特別適用于在大型機(jī)及海洋采油平臺(tái)或叢式井采油上應(yīng)用。但因運(yùn)動(dòng)件多、管理難度大、可靠性低等缺點(diǎn)影響了其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與發(fā)展。雖然為提高可靠性，在用特制平膠帶代替懸重鋼絲繩、增加主鏈條改善受力狀況及改變平衡方式等方面做了一些改進(jìn)，但在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用仍因壽命較短而逐漸減少。

抽油機(jī)鋼繩抽油機(jī)

外型上類似于鏈條抽油機(jī)，其原理結(jié)構(gòu)不同在于它是通過控制系統(tǒng)直接控制電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾筒正反轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)繞過滾筒的懸繩器總成帶動(dòng)深井泵工作。也因電器系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠性問題等原因未能得到廣泛應(yīng)用。其它無游梁式抽油機(jī)如液壓抽油機(jī)、曲柄連桿式抽油機(jī)也有試用。

游梁式抽油機(jī)的基本特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，使用方便，特別是它可以長(zhǎng)期在油田全天候運(yùn)轉(zhuǎn)，使用可靠。因此，盡管它存在驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的加速度較大、平衡效果較差、效率較低、在長(zhǎng)沖程時(shí)體積較大和笨重等缺點(diǎn)，但仍然是應(yīng)用最廣泛的抽油機(jī)。

抽油機(jī)工作原理

游梁式抽油機(jī)的工作原理是：由動(dòng)力機(jī)供給動(dòng)力，經(jīng)減速器將動(dòng)力機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)槌橛蜋C(jī)曲柄的低速轉(zhuǎn)動(dòng)，并由曲柄—連桿—游梁機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槌橛蜋C(jī)驢頭的上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)懸繩器總成帶動(dòng)深井泵工作。

游梁式抽油機(jī)的主要部件有：提供動(dòng)力的動(dòng)力機(jī)；傳遞動(dòng)力并降低速度的減速器；傳遞動(dòng)力并將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成往復(fù)運(yùn)動(dòng)的四桿機(jī)構(gòu)（曲柄、連桿、游梁、支架及橫梁和底座）；傳遞動(dòng)力并保證光桿做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的驢頭及懸繩器總成；使抽油機(jī)能停留在任意位置的剎車裝置以及為使動(dòng)力機(jī)能在一個(gè)較小的負(fù)載變化范圍內(nèi)工作的平衡裝置等。

抽油機(jī)分類

游梁式抽油機(jī)根據(jù)平衡方式不同可分為：游梁平衡型、曲柄平衡型、復(fù)合平衡型、氣動(dòng)平衡型。

游梁式抽油機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)型式不同可分為不同抽油機(jī)。

常規(guī)型游梁式抽油機(jī)：驢頭和曲柄連桿機(jī)構(gòu)分別位于支架前后，平衡角為零的游梁式抽油機(jī)。

前置型游梁式抽油機(jī)：驢頭和曲柄連桿機(jī)構(gòu)均位于支架前面的游梁式抽油機(jī)。

異相型游梁式抽油機(jī)：驢頭和曲柄連桿機(jī)構(gòu)分別位于支架前后，平衡角不為零的游梁式抽油機(jī)。

雙驢頭型游梁式抽油機(jī)：懸掛光桿的驢頭和曲柄連桿機(jī)構(gòu)分別位于支架前后，在一沖程過程中，后臂長(zhǎng)度和連桿長(zhǎng)度不為常數(shù)的游梁式抽油機(jī)。

世界各國(guó)仍然大面積的應(yīng)用游梁式抽油機(jī)，美國(guó)生產(chǎn)游梁式抽油機(jī)的廠家有十幾家，品種、型號(hào)繁多，此外，英國(guó)、法國(guó)、前蘇聯(lián)、羅馬尼亞等國(guó)均有生產(chǎn)多種抽油機(jī)的廠家。

美國(guó)API Spec11E《抽油機(jī)規(guī)范》中規(guī)定，抽油機(jī)共有77種規(guī)格，懸點(diǎn)最大載荷為9~214 kN，沖程長(zhǎng)度0.4~7.6 m。Lufkin公司是美國(guó)生產(chǎn)抽油機(jī)最早和最大的公司，在1923年生產(chǎn)了美國(guó)第一臺(tái)游梁抽油機(jī)，1931年率先研制了兩塊平衡重的曲柄平衡抽油機(jī)，1959年研制了前置式抽油機(jī)，也是最早生產(chǎn)前置式氣平衡抽油機(jī)的一家公司。Lufkin公司生產(chǎn)B、C、M、A等4種系列抽油機(jī)，B系列游梁平衡抽油機(jī)有8種規(guī)格，懸點(diǎn)最大載荷24～49.4 kN，沖程長(zhǎng)度0.6~1.21 m。C系列曲柄平衡抽油機(jī)有64種規(guī)格，懸點(diǎn)最大載荷24~165.5 kN，沖程長(zhǎng)度0.76~4.2 m。M系列前置式抽油機(jī)有46種規(guī)格，懸點(diǎn)最大載荷64.86~193.68 kN，沖程長(zhǎng)度1.62~5.68 m。A系列前置式氣平衡抽油機(jī)有26種規(guī)格，懸點(diǎn)最大載荷78.47~213.1 kN，沖程長(zhǎng)度1.62~6.09 m。

俄羅斯生產(chǎn)13種規(guī)格游梁抽油機(jī)，懸點(diǎn)最大載荷20~200 kN，沖程長(zhǎng)度0.6~6 m。還生產(chǎn)20種規(guī)格曲柄搖臂式抽油機(jī)，懸點(diǎn)最大載荷10~200 kN，沖程長(zhǎng)度0.4~6 m。還生產(chǎn)06M型、液壓驅(qū)動(dòng)型、平衡液缸型等無游梁抽油機(jī)，懸點(diǎn)最大載荷150 kN，最大沖程長(zhǎng)度10 m。

法國(guó)Mape公司生產(chǎn)了12種規(guī)格曲柄平衡游梁抽油機(jī)，懸點(diǎn)最大載荷160 kN，最大沖程長(zhǎng)度4.2 m。還生產(chǎn)H系列長(zhǎng)沖程液壓驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)，懸點(diǎn)最大載荷199 kN，最大沖程長(zhǎng)度10 m，最大沖次5 min-1。此外，Mape公司還生產(chǎn)立式斜井抽油機(jī)和液缸型抽油機(jī)，兩種抽油機(jī)均已形成系列。

加拿大生產(chǎn)的液、電、氣組合一體式HEP抽油機(jī)，懸點(diǎn)最大載荷72~103.9 kN，沖程長(zhǎng)度1.63~4.27 m，具有較好的使用性能。

羅馬尼亞按美國(guó)API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)了51種規(guī)格游梁抽油機(jī)，懸點(diǎn)最大載荷194 kN，最大沖程長(zhǎng)度4.8 m。還生產(chǎn)35種規(guī)格前置式抽油機(jī)，懸點(diǎn)最大載荷194 kN，最大沖程長(zhǎng)度5.4 m，配用7種規(guī)格減速器，最大扭矩105.1 kN·m。此外，羅馬尼亞還生產(chǎn)前置式氣平衡抽油機(jī)，懸點(diǎn)最大載荷152 kN，最大沖程長(zhǎng)度4.2 m。

國(guó)內(nèi)抽油機(jī)制造廠有數(shù)十家，產(chǎn)品類型已多樣化，但游梁式抽油機(jī)仍處于主導(dǎo)地位。根據(jù)公開發(fā)表的資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有6大類共45種新型抽油機(jī)，并且每年約有30種新型抽油機(jī)專利，十多種新試制抽油機(jī)，已形成了系列，基本滿足了陸地油田開采的需要。

根據(jù)市場(chǎng)供求信息，2007年，大慶油田裝備制造集團(tuán)研制成功新型抽油機(jī)——DCYJY-3-53HB抽油機(jī)。同時(shí)為滿足大慶油田建設(shè)需要，這個(gè)集團(tuán)還開展了DCYJY10-3-37HB和DCYJY-2.5-26HB低沖次抽油機(jī)的系列研發(fā)工作，并計(jì)劃系列開發(fā)雙驢頭低沖次抽油機(jī)。

游梁式抽油機(jī)常規(guī)游梁式抽油機(jī)

以常規(guī)曲柄平衡抽油機(jī)為例，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1中，1—底座；2—支架；3—懸繩器；4—驢頭；5—游梁；6—橫梁軸承座；7—橫梁；8—連桿；9—曲柄銷裝置；10—曲柄裝置；11—減速器；12—?jiǎng)x車保險(xiǎn)裝置；13—?jiǎng)x車裝置；14—電動(dòng)機(jī)；15—配電箱。

游梁式抽油機(jī)是一種變形的四連桿機(jī)構(gòu)，其整機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。對(duì)于支架來說，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致，那么用很小的動(dòng)力就可以使抽油機(jī)連續(xù)不間斷地工作。

游梁式抽油機(jī)異形游梁式抽油機(jī)

異形游梁式系列抽油機(jī)包括雙驢頭抽油機(jī)、彎游梁抽油機(jī)和對(duì)常規(guī)游梁抽油機(jī)節(jié)能改造的機(jī)型等機(jī)型。

異形游梁式抽油機(jī)是以常規(guī)抽油機(jī)為基礎(chǔ)模式而研制出的新機(jī)型，它采用變徑圓弧狀的游梁后臂，游梁與橫梁之間采用柔性件連接結(jié)構(gòu)，在主要結(jié)構(gòu)上具有常規(guī)游梁式抽油機(jī)簡(jiǎn)單，牢靠，耐用等特點(diǎn)，在性能上易于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程，并且具有突出的節(jié)能特點(diǎn)。

游梁式抽油機(jī)是油田目前主要使用的抽油機(jī)類型之一，主要由驢頭—游梁—連桿—曲柄機(jī)構(gòu)、減速箱、動(dòng)力設(shè)備和輔助裝備四大部分組成。

工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)變速箱、曲柄連桿機(jī)構(gòu)變成驢頭的上下運(yùn)動(dòng)，驢頭經(jīng)光桿、抽油桿帶動(dòng)井下抽油泵的柱塞作上下運(yùn)動(dòng)，從而不斷地把井中的原油抽出井筒。