超越離合器在游梁抽油機(jī)上的應(yīng)用研究

摘要：曲柄平衡抽油機(jī)的平衡力矩與抽油機(jī)懸點(diǎn)栽荷形成的力矩不能很好匹配，曲柄軸出現(xiàn)負(fù)扭矩，致使電機(jī)負(fù)荷波動(dòng)很大，耗能過高。在電機(jī)輸出軸上加裝超越離合器是一種對(duì)抽油機(jī)平衡進(jìn)行改造的新技術(shù)，一方面可以避免抽油機(jī)反拖電機(jī)發(fā)電，另一方面使抽油機(jī)能脫開電機(jī)的阻力而加速運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)效率和增產(chǎn)的作用。
關(guān)鍵詞：抽油機(jī)；超越離合器；系統(tǒng)效率；l效果
1 超越離合器的工作原理
國(guó)內(nèi)外各油田用的游梁式抽油機(jī)多數(shù)采用曲柄平衡方式，曲柄平衡裝置所產(chǎn)生的平衡力矩是按固定的正弦曲線規(guī)律變化的，與抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷形成的力矩不能很好配合，不能有效平衡，致使抽油機(jī)的電機(jī)負(fù)荷波動(dòng)很大，耗能過高。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，盡管抽油機(jī)達(dá)到最佳平衡，曲柄軸仍然有負(fù)扭矩存在，這時(shí)抽油機(jī)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)電，發(fā)出的電消耗在電網(wǎng)中，造成用電系統(tǒng)的附加能量損耗，這是導(dǎo)致常規(guī)抽油機(jī)能耗高的原因之一[1-3]。
為提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率，國(guó)內(nèi)外研制了多種新型節(jié)能抽油機(jī)，如雙驢頭抽油機(jī)，調(diào)徑變矩抽油機(jī)，二次平衡抽油機(jī)和曲柄動(dòng)態(tài)平衡抽油機(jī)等，這些抽油機(jī)在運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)上比常規(guī)抽油機(jī)有所改進(jìn)，使曲柄軸凈扭矩波動(dòng)變小，峰值降低，達(dá)到了節(jié)能效果，但是電機(jī)發(fā)電問題依然沒有得到徹底解決。在電機(jī)軸上安裝超越離合器，能夠完全杜絕抽油機(jī)電機(jī)的發(fā)電現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)效率和增產(chǎn)的用。
在抽油機(jī)的電機(jī)小皮帶輪上安裝超越離合器，抽油機(jī)在曲柄的轉(zhuǎn)速超過電機(jī)傳遞的轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分便與曲柄等從動(dòng)部分之間自動(dòng)地脫開；當(dāng)從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速低于電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，離合器又無沖擊地嚙合連接。脫開時(shí)，機(jī)電系統(tǒng)形成瞬間脫離（電機(jī)空載），曲柄、平衡塊與抽油桿柱發(fā)生短暫超越（或加快），抽油桿柱的剛性增強(qiáng)，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(jī)井應(yīng)用效果分析
2．1 抽油機(jī)平衡得到改善
在對(duì)抽油機(jī)井管理中，一般認(rèn)為上下沖程電流的最大值之比在8O ～120 之間就是平衡的。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，許多平衡很好的井在安裝超越離合器以后出現(xiàn)了大幅度超越現(xiàn)象，說明以前調(diào)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(jī)在調(diào)整平衡塊后，可以將系統(tǒng)平衡維持一段時(shí)間，但隨著時(shí)間的推移，復(fù)雜的井下運(yùn)動(dòng)條件又會(huì)引起荷載的變化，導(dǎo)致抽油機(jī)再度不平衡。所以說，抽油機(jī)在絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)是處于不平衡的狀態(tài)。抽油機(jī)安裝超越離合器后，可以根據(jù)曲柄角速度變化直觀觀察出抽油機(jī)平衡狀態(tài)，避免了電流法判斷抽油機(jī)平衡的缺陷。
2．2 柱塞沖程等數(shù)據(jù)對(duì)比
2005年對(duì)河南油田的一些抽油機(jī)安裝超越離合器前后的示功圖對(duì)比，發(fā)現(xiàn)一個(gè)共同的現(xiàn)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(dòng)減緩、趨于平直。說明上下行程的凡爾啟閉滯后現(xiàn)象有所改善，柱塞與光桿運(yùn)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(yùn)行的平穩(wěn)性增強(qiáng)。

2．3 產(chǎn)液量及泵效對(duì)比
四口井安裝離合器后實(shí)際產(chǎn)液量、產(chǎn)油量都有提高，T6—155實(shí)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(shí)際產(chǎn)液量已經(jīng)超過4Om³。各井報(bào)表數(shù)據(jù)對(duì)比參見表2。從對(duì)比結(jié)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(jié)電率與系統(tǒng)效率對(duì)比分析
分別在2005年6月14日和7月6日對(duì)4口安裝超越離合器的油井進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及報(bào)表上的日產(chǎn)液量、動(dòng)液面等數(shù)據(jù)對(duì)噸液百米有功耗電量、綜合節(jié)電率和系統(tǒng)效率、系統(tǒng)效率提高等主要考核參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
計(jì)算結(jié)果是：4口井對(duì)比綜合節(jié)電率分別為6.72℅、8.15℅、25.7℅ 和36.57℅，平均綜合節(jié)電率l9．28℅。
根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)到的能效數(shù)據(jù)和報(bào)表上的日產(chǎn)液量、動(dòng)液面、油套壓等，計(jì)算得到4口井平均系統(tǒng)效率提高5．54％。對(duì)此，我們依據(jù)SY／T5226—1996《機(jī)械采油井系統(tǒng)效率測(cè)試方法》簡(jiǎn)要分析如下：
在含水率幾乎不變時(shí)，單井系統(tǒng)效率與產(chǎn)液量、有效揚(yáng)程成正比，而有效揚(yáng)程又與動(dòng)液面、油套壓的差值又成正的線性關(guān)系。在近期沒有地質(zhì)措施和臨井工作制度變化時(shí)，動(dòng)液面不會(huì)有太大的波動(dòng)，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(chǎn)液量都應(yīng)該有不同程度增加。
如此看來，超越離合器動(dòng)態(tài)平衡技術(shù)不同于其它單一的節(jié)能技措，如何選取動(dòng)液面和產(chǎn)液量是考核節(jié)能和系統(tǒng)效率的指標(biāo)計(jì)算中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。
4 結(jié)論
（1）游梁抽油安裝超越離合器后，避免了電機(jī)發(fā)電現(xiàn)象，消除了電機(jī)的阻力，曲柄平衡塊可以更好地起到蓄能作用。試驗(yàn)的4口井平均節(jié)電l9℅，達(dá)到了節(jié)能的目的。
（2）游梁抽油機(jī)安裝超越離合器后，產(chǎn)液量增加，泵效提高。
（3）游梁抽油機(jī)安裝超越離合器后，可以更直觀地判斷平衡情況。
參考文獻(xiàn)
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