柔性液压自封抽油系统.pdf

2 0 1 1年 1 O月 第 3 O卷第 5期 大庆石油地质与开发 P e t r o l e u m Ge o l o g y a nd Oi l fi e l d De v e l o p me n t i n Da q i n g 0c t ．． 2 01 1 V0 l _ 3 O No ． 5 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． I S S N． 1 0 0 0 ． 3 7 5 4 ． 2 0 1 1 ． 0 5 ． 0 2 7 李晓东 柔性液压 自封抽 油 系统 韩修廷 ， 李娟 李俊亮 徐金超 1 ．中 国石油大学石油工程 学院 ，山东 东营2 5 7 0 6 1 ；2 ．大庆油 田有限责任公司技术发展部 ，黑 龙江 大庆1 6 3 7 1 2 摘要现有抽油机系统运动性能差、能量传递环节多、结构复杂、能耗高，为了提高机械采油技术整体水平和 抽油泵泵效，根据柔性传动及液压 自封原理 ，研制了柔性液压 自封抽油系统。单曲柄倍程抽油机以柔性传递代 替刚性传递，简化能量传递环节 ，实现小体积的同时 ，降低了能量损失 ；液压 自封柱塞泵采用复合密封和多级 扶正方式，解决了漏失大、偏磨等问题。实现了低能耗 、高效率举升，平均泵效提高 2 6 ％，系统效率提高2 5 ％ 以上，现场应用取得了理想效果。 关键词抽油系统；柔性；液压自封；高效；现场应用 中图分类号T E 3 5 5 ． 5 文献标识码 A 文章编号1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 1 1 O 5 - 0 1 2 2 - 0 3 FLEXI BLE HYDRAULI C PRES SURE S ELF- S EALI NG PUM PI NG S YS TEM L I Xi a o d o n g ，HAN Xi u t i n g ，L I J u a n ，L I J u n l i a n g ，XU J i n c h a o 1 ． C o l l e g e o fP e t r o l e u m E n g i n e e r i n g i n C h i n a U n i v e i t y o fP e t r o l e u m，D o n g y i n g 2 5 7 0 6 1 ，C h i n a ； 2 ． D e p a r t m e n t o f T e c h n i c a l D e v e l o p m e n t ，D a q i n g O i lfi e l d C o m p a n y L t d ． ，D a q i n g 1 6 3 7 1 2，C h i n a Abs t r ac t I n l i g h t o f t h e c u r r e n t p r o b l e ms o f po o r mo v e me n t p e r f o r ma n c e， mu l t i - t r a n s mi s s i o n l i n k s， c o mp l i c a t e d s t r u c t u r e a n d h i g he r e n e r g y c o n s u mp t i o n f o r o i l p u mp i n g s y s t e m ，i n o r d e r t o i mp r o v e t h e o v e r a l l l e v e l a n d t he pu mp e ffi c i e n c y o f t h e me c h a n i c a l o i l p r o d u c i n g t e c h n i q ue s，fle x i b l e h y d r a u l i c p r e s s u r e s e l f - s e a l i n g p u mpi n g s y s t e m i s d e - v e l o p e d a c c o r d i n g t o t h e p r i n c i p l e s o f fle x i b l e d r i v e n a n d h y d r a u l i c pr e s s u r e s e l f - s e a l i n g ．Si ng l e c r a n k d o u b l e s t r o ke pu mp i n g u n i t s us e f l e x i b l e t r a ns mi s s i o n i n s t e a d o f r i g i d o n e t o s i mp l i f y e n e r gy t r a ns mi s s i o n l i n k s， r e d u c e t h e v o l - t i me a n d e n e r g y l o s s ；Hy d r a u l i c p r e s s u r e s e rf - s e a l i n g r a m p u mp s o l v e s t h e p r o b l e ms s u c h a s s e r i o u s l e a k a g e ， e a s y t o we a r e t c wi t h t h e h e l p o f a d o p t i n g c o mp o u n d s e a l a n d mu l t i s t a g e u p r i g h t n e s s ．T h e s y s t e m h a s i mp l e me n t e d l o w e n e r g y c o ns ump t i o n a n d h i g h e ffi c i e nc y l i ft，t he a v e r a g e pu mp e ffi c i e n c y i s u p t o 2 6％ ，t h e s y s t e m e ffi c i e n c y i s e n- h a n c e d 2 5％a b o v e，o bv i o u s l y，t h e i d e a l e f f e c t s o f t h e s y s t e m i n fie l d a p p l i c a t i o n a r e o b t a i n e d． Ke y wo r d s p u mp i n g s y s t e m；fl e x i b l e ；s e l f s e a l i n g h y d r a u l i c p r e s s u r e；h i g h e ffic i e n c y ；fi e l d a p p l i c a t i o n 随着中国石油天然气勘探开发技术的不断发展 和大多数油 田已进入高含水期 ，机械采油已成为主 要的采油方法。在用的机械采油设备中，抽油机所 占比例最大 ，其 能耗 问题 已经 引起人们 的高度重 视 。如何通过进一步开展有杆抽油泵系统工作行为 研究 ，提高机械采油技术 整体水平和抽油泵泵效、 降低开发成本 、提高经济效益是 目前石油开发中的 重要课题之一。笔者在国内外有杆抽油系统研究成 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 5 - 1 6 改回 日期 2 0 1 1 -06 3 0 作者简介李晓东 ，男 ，1 9 8 5年生 ，在读博士，从事油田开发研究。 E- ma i l l x d 一1 9 8 5 - 0 y a h o o ． c o rn． c i l 第 3 0卷第 5 期 李晓东等柔性液压 自封抽油系统 1 2 3 果的基础上 ，针对 目前广泛应用的游梁式抽油 机及无游梁抽油机存在的问题 ，以大幅度减少能量 传递环节 、降低杆柱 自重负载为突破 口，在创新思 路 、系统优化的基础上 ，根据柔性传动 及液压 自封原理 J ，研制 了柔性 液压 自封 抽油 系统 ，实 现采油地面设备 的轻 、小型化 的同时，最大限度地 降低 系统能耗和投资费用 ，适应中低排量 、含 固相 较多流体的举 升，具有重要的理论和现实意义 。 1系统构成及原理 柔性液压 自封抽油系统主要由单曲柄倍程抽油 机 、 动力传递系统和液压 自封柱塞泵构成。系统 以 单曲柄和轻型柔性绳为主线 ， 代替原 刚性 能量传递 结构 。柔性传递从机器固定 点绕过滑轮 ， 穿过井 口 密封装置， 直到动力传递终点井下抽油泵， 使地面机 器部分 、 中间光杆过渡部分 、 井下杆柱 、 抽油泵 4部 分动力传递为一体 图 1 。由于抽油机独特的运动 系统设计 ， 不但降低了悬点载荷和功率消耗 ， 而且减 小了装机功率 ， 提高了电机效率 。 柔性绳 图1柔性液压 自封抽油系统 Fi g．1 Fl e xi bl e h yd ra uli c pre ss u re se l fs e al i ng pu mpi n g s ys te m 泵 1 ． 1单 曲柄倍程抽油机 单 曲柄倍程抽油机主要 由机架单元 、曲柄主轴 单元、滑轮组． 柔性体传动单元、井口卸载支撑单 元 4个子单元构成。电动机和减速器直连 ，曲柄与 减速器输出轴相连 ，底 座上垂直 固定有抽油机架 体 ，架体与朝 向井 口方 向固定连接有可伸缩的水平 支架 ，用于调节抽油机与井 口中心的距离。水平支 架与井 口法兰通过螺栓连接有可伸缩 的支撑筋 ，用 于平衡悬点载荷 ，使抽油机架体受力均衡 ，不受侧 向力 ，从而简化了抽油机底座和基础 。曲柄上 固定 有平衡重和动滑轮，动滑轮、固定滑轮 、分井滑轮 和井 口滑轮处于一个水平面内。曲柄 以减速器输出 轴为圆心在垂直面内做 圆周运动 ，柔性钢丝绳贯穿 整个动力传递系统 ，将 曲柄 的圆周运动转化为抽油 杆和抽油泵的往复运动 。 1 ． 2动力传递 系统 能量传递环节构成的系统效率由式 1 计算 n 叼k 【 J 7 7 1 i 1 式 中叼 系统效率 ； 后 修正 系数 ；叼 传 递环节效率 ，n 1 6 。 叼 变化范围为 0～1 0 0 ％ ，系统 中每个环节效 率都有可能为低值或零 ，都会使整个系统的效率变 低或为零。如果简化掉 m个环节 ，则系统效率提 m 高 1 ／ 兀叼 倍 。因此该 系统 以轻 型柔性绳为 主线 ， 代替原刚性能量传递结构 ，如图2所示 ，实现了由 滑轮体系和柔性传动体替代原 四连杆 、杠杆和悬 吊 组成动力传递系统 ，大幅度减少能量传递环节 、降 低能量损失 。 a 常规抽油机 b 单曲柄倍程抽油机 图2动力传递系统对比 Fi g． 2 C or rel a ti ons be t wee n t wo p o wer d eli v e ri ng s yst e ms 1 ． 3液压 自封柱塞泵 针对常规柱塞泵摩 阻大 、漏失大 、使用寿命短 等问题 ，采用复合密封和多级扶正方式 ，研发了液 压 自封柱塞 泵 ， “ 。该泵 以液 压 弹性 密封 为 主， 1 2 4 大庆石油地质与开发 2 0 1 1 年 刚性密封 为辅 ，最大 限度地 降低漏失量 ，提高泵 效 ；泵两端加有多支撑扶正器 ，有效地解决 了密封 环的单侧磨损 、柱塞与泵筒之 间的偏磨 ，使用寿命 短等问题 ；具有防砂能力强 、适应性强等优点。 综上 ，柔性液压 自封抽油系统具有 以下优点 1 简化了能量传递环节，由原能量传递环 节 包括 电机皮 带轮 、皮带 、减 速箱皮带 轮、减 速箱多级减速齿轮 、曲柄 、连杆 、游梁、悬绳器 、 抽油杆简化为一绳到泵 ，大大提高了系统效率。 2 适应 固相颗粒 ，减少卡泵事故发生。 3 同等井况下 ，装 机功率 降为游 梁式抽油 机的 1 ／ 4～1 ／ 6 ，系统效率提高 2 5 ％以上 。 4 质量降为游梁式抽 油机的 1 ／ 4～1 ／ 6，节 省了大量的钢材 ，减少 了投资。 2现 场应 用 机 的现场试验 ，有关参数如表 1 所示。 表 1 油 井参数 Ta b l e 1 P a r a me t e r s o f t he o i l we l l 原用 抽 油机 配 电机 功率 2 0 k W，电流 1 5～ 2 0 A， 单曲柄倍程抽油机配电机功率 5 ． 5 k W，投产 后 电流 4～6 A，产液量 6 t ／ d ，系统效率 由 1 7 ％提 高 到 4 2 ． 6 ％ ，吨 液 耗 电 由 2 ． 6 k W h 降 到 0 ． 6 k W h ，降低 7 7 ％ ，驴头负荷 由 4～5 t 降到 1 ． 2 1 ． 3 t 。 在大庆油 田部分油井进行 了液压 自封柱塞泵现 场试验，取得 了很好效果 ，平均泵效提 高 2 6 ％ 以 上 ，平 均 检 泵 周 期 5 7 1 d ，具 有 较 强 的适 应 性 在大庆油 田6 - 4 5 2井上进行 了单 曲柄倍程抽油 表 2 。 表 2下泵前 后参数对 比 Ta b l e 2 Co r r e l a t i o n s o f t h e p a r a me t e r s b e f o r e a n d a f t e r l o we r i n g t h e p u m p 3结 论 1 单曲柄倍程抽油机 以柔性传递替代刚性传 递 ，大幅度减少 能量传 递环节 、降低 杆柱 自重负 载 ，实现采油地面设备 的轻 、小型化 的同时 ，最大 限度地降低系统能耗和投资费用 。 2 液压 自封柱塞泵合理运用了柱塞上下的压 差 ，实现了低漏失和低摩阻 ，泵效大大提高 ，适应 范围广。 3 现场应用效果 良好 ，平均泵效提高 2 6 ％ ， 系统效率提高 2 5 ％以上。 参考文献 [ 1 ]张琪 ．采油工程 原理 与设计 [ M]．东 营 石油 大学 出版社 ， 2 0 0 2 1 1 7 ． 1 3 0 ． [ 2 ]韩修廷．有杆泵采油原理及应用 [ M]．北京 石油工业出版 社 ，2 0 0 7 4 - 1 0 ． [ 3 ]胡松 华 ，白存 安 ．抽 油 机 柔性 拖 动控 制 技 术 的研 究 与 应 用 [ J ]． 大庆石油地 质与开发 ，2 0 0 6 ，2 5 增 1 7 3 - 7 4 ． [ 4]师 国臣，张佳 民，魏纪德 ．大庆油 田高效举 升与节能技术 的新 发展 [ J ]．大庆石油地质与开发 ，2 0 0 9，2 8 5 2 4 6 5 2 ． [ 5]王志坚 ，倪 国军 ，高长乐 ．常规游梁式抽油 机节能改造 的生产 实践和探讨 [ J ]．石 油矿场机械 ，2 0 0 5，3 4 5 1 0 1 - 1 0 4 ． [ 6]檀 朝东 ，张 嗣伟 ．钢 丝绳 抽 油 杆抽 油 系 统抽 油 模 式 的 选 择 [ J ]． 石油学报 ，2 0 0 4，2 5 4 8 7 - 9 1 ． [ 7 ]韩修廷 ，李俊亮 ，于 晓丹 ，等 ．柔性倍程抽油机 动力特性模 型 和参数优化 [ J ]．石油学报 ，2 0 1 0 ，3 1 6 1 0 3 6 - 1 0 3 9 ． [ 8 ] 韩修廷，董焕忠，张家民，等．单曲柄倍程柔绳抽油机 中国， 2 0 0 5 1 0 1 1 6 7 3 1 ． 3[ P ]．2 0 0 6 - 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