超越離合器在游梁抽油機上的應用研究

摘要：曲柄平衡抽油機的平衡力矩與抽油機懸點栽荷形成的力矩不能很好匹配，曲柄軸出現負扭矩，致使電機負荷波動很大，耗能過高。在電機輸出軸上加裝超越離合器是一種對抽油機平衡進行改造的新技術，一方面可以避免抽油機反拖電機發電，另一方面使抽油機能脫開電機的阻力而加速運行，從而實現提高系統效率和增產的作用。
關鍵詞：抽油機；超越離合器；系統效率；l效果
1 超越離合器的工作原理
國內外各油田用的游梁式抽油機多數采用曲柄平衡方式，曲柄平衡裝置所產生的平衡力矩是按固定的正弦曲線規律變化的，與抽油機懸點載荷形成的力矩不能很好配合，不能有效平衡，致使抽油機的電機負荷波動很大，耗能過高。現場測試表明，盡管抽油機達到最佳平衡，曲柄軸仍然有負扭矩存在，這時抽油機帶動電動機發電，發出的電消耗在電網中，造成用電系統的附加能量損耗，這是導致常規抽油機能耗高的原因之一[1-3]。
為提高抽油機系統效率，國內外研制了多種新型節能抽油機，如雙驢頭抽油機，調徑變矩抽油機，二次平衡抽油機和曲柄動態平衡抽油機等，這些抽油機在運動學與動力學上比常規抽油機有所改進，使曲柄軸凈扭矩波動變小，峰值降低，達到了節能效果，但是電機發電問題依然沒有得到徹底解決。在電機軸上安裝超越離合器，能夠完全杜絕抽油機電機的發電現象，從而實現提高系統效率和增產的用。
在抽油機的電機小皮帶輪上安裝超越離合器，抽油機在曲柄的轉速超過電機傳遞的轉速時，電機驅動部分便與曲柄等從動部分之間自動地脫開；當從動部分的轉速低于電機轉速時，離合器又無沖擊地嚙合連接。脫開時，機電系統形成瞬間脫離（電機空載），曲柄、平衡塊與抽油桿柱發生短暫超越（或加快），抽油桿柱的剛性增強，井下各種彈性沖擊得以抑制或減緩。
2 加裝超越離合器的抽油機井應用效果分析
2．1 抽油機平衡得到改善
在對抽油機井管理中，一般認為上下沖程電流的最大值之比在8O ～120 之間就是平衡的。現場應用發現，許多平衡很好的井在安裝超越離合器以后出現了大幅度超越現象，說明以前調整的平衡塊位置是不合適的，用上下沖程電流的最大值之比來判斷平衡是不可靠的。
抽油機在調整平衡塊后，可以將系統平衡維持一段時間，但隨著時間的推移，復雜的井下運動條件又會引起荷載的變化，導致抽油機再度不平衡。所以說，抽油機在絕大多數時間內是處于不平衡的狀態。抽油機安裝超越離合器后，可以根據曲柄角速度變化直觀觀察出抽油機平衡狀態，避免了電流法判斷抽油機平衡的缺陷。
2．2 柱塞沖程等數據對比
2005年對河南油田的一些抽油機安裝超越離合器前后的示功圖對比，發現一個共同的現象（表1）：①加載段和卸載段變陡，沖程損失減少，示功圖圖形飽滿；② 固定凡爾開啟后的上行段載荷波動減緩、趨于平直。說明上下行程的凡爾啟閉滯后現象有所改善，柱塞與光桿運行同步性趨好，泵效提高；上行段的震蕩載荷被有效削減，桿柱運行的平穩性增強。

2．3 產液量及泵效對比
四口井安裝離合器后實際產液量、產油量都有提高，T6—155實際液量和油量幾乎翻倍，并且是安裝第二天就開始明顯變化，T6—135井7月7日實際產液量已經超過4Om³。各井報表數據對比參見表2。從對比結果看，4口井安裝后不同程度地增液、增油，說明離合器的確具有增液增油的功效。

3 節電率與系統效率對比分析
分別在2005年6月14日和7月6日對4口安裝超越離合器的油井進行跟蹤監測，并根據監測數據以及報表上的日產液量、動液面等數據對噸液百米有功耗電量、綜合節電率和系統效率、系統效率提高等主要考核參數進行計算。
計算結果是：4口井對比綜合節電率分別為6.72℅、8.15℅、25.7℅ 和36.57℅，平均綜合節電率l9．28℅。
根據實際監測到的能效數據和報表上的日產液量、動液面、油套壓等，計算得到4口井平均系統效率提高5．54％。對此，我們依據SY／T5226—1996《機械采油井系統效率測試方法》簡要分析如下：
在含水率幾乎不變時，單井系統效率與產液量、有效揚程成正比，而有效揚程又與動液面、油套壓的差值又成正的線性關系。在近期沒有地質措施和臨井工作制度變化時，動液面不會有太大的波動，而4口井的油套壓差值分別增加了0.2、0.3、0.4和0.5MPa，因此，4口井日產液量都應該有不同程度增加。
如此看來，超越離合器動態平衡技術不同于其它單一的節能技措，如何選取動液面和產液量是考核節能和系統效率的指標計算中至關重要的環節。
4 結論
（1）游梁抽油安裝超越離合器后，避免了電機發電現象，消除了電機的阻力，曲柄平衡塊可以更好地起到蓄能作用。試驗的4口井平均節電l9℅，達到了節能的目的。
（2）游梁抽油機安裝超越離合器后，產液量增加，泵效提高。
（3）游梁抽油機安裝超越離合器后，可以更直觀地判斷平衡情況。
參考文獻
1 曹玉泉，姜羨英，孫福才．關于抽油機電機發電運行狀態的探討LJ]．石油礦場機械，1994，23（2）：7～11
2 薄保中，楊新海，宋志平．抽油機電能平衡測試中的幾個問題[J]．標準化報道，2000，21（2）：33～35
3 張繼震，馬廣杰，孫景麗．游梁抽油機的用電發電與節電[J]．石油礦場機械，2001，30（4）：36～38