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第一章抽油机简

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第一章 抽油机
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采油设备维护与保养第一章 抽油机及维修保养一、机械采油设备的分类机械抽油设备在工作过程中按照是否利用抽油杆传递能量,可分为两大类:有杆抽油设备和无杆抽油设备。1、有杆抽油设备所谓有杆抽油设备是指由地面抽油机通过下入井中的抽油杆柱带动井下抽油泵中的柱塞做上下往复运动,从而将井内液体抽到地面的抽油设备。2、无杆抽油设备所谓无杆抽油设备是指不借助于抽油杆向井下传递动力,而将井下液体抽至地面的抽油设备。二、抽油泵采油装置,国内外应用最为广泛的是游梁式抽油机是地面部分——游梁式抽油机,它由驱动机、减速器和四连杆机构组成;二是井下部分——抽油泵,它悬挂于井下套管内的油管下端;三是联系地面与井下的中间部分——抽油杆柱。第二节游梁式抽油机一、游梁式抽油机的结构形式游梁式抽油机是有杆抽油设备的地面动力装置,它由动力机、减速器、机架和四连杆机构等部分组成。根据结构形式的不同,游梁式抽油机分为常规型、异相型和前置型等;根据平衡方式的不同可分为机械平衡和气动平衡两种,而机械平衡又可分为游粱平衡、曲柄平衡和复合平衡三种。1、常规型游梁式抽油机常规型游梁式抽油机是游梁式抽油机的基本形式之一。它的结构特点是:曲柄连杆机构和驴头分别位于支架的前后两边,曲柄轴中心位于游梁尾轴承的正下方。它主要由动力机、减速器、曲柄、连杆、横梁、驴头、支架、底座、刹车装置、悬绳器以及平衡重等部分组成。如图 1示为曲柄平衡常规型游梁抽油机结构简图。 2、异相型游梁式抽油机异相型游梁式抽油机是一种性能优良的游梁式抽油机形式。其外形与常规型游梁式抽油机没有显著差别,其主要不同在于:(1)将减速器背离支架后移,增大了减速器输出轴中心和游梁支点间的水平距离,形成了较大的极位夹角(即驴头处于上、下死点位置时连杆中心线之间的夹角) ;(2)平衡块重心与曲柄轴中心连线和曲柄销中心与曲柄轴中心连线之间构成一定的夹角,该角称为平衡相位角。这种抽油机的曲柄均为顺时针旋转。因此,曲柄平衡重总是滞后一个相位角。异相型游梁式抽油机的结构如图 1示。由于异相型游梁式抽油机具有较大极位夹角(一般为 12。 左右),使得抽油机上冲程时曲柄转过的角度增加 12。 为 192。 ,下冲程时曲柄转过的角度减少 12。 为 168。 。当曲柄转速不变时,就使得悬点上冲程工作时间大于下冲程时间。因此,上冲程时悬点的加速度和动载荷减小。由于平衡相位角改善了平衡效果,从而使减速器的最大扭矩峰值降低,工作扭矩较均匀,所需电动机功率减小,在一定条件下有节能效果。目前,这种抽油机在我国已得到广泛应用。3 前置型游梁式抽油机前置型游梁式抽油机上冲程时扭矩因数较小,又具有平衡相位角,使得上冲程开始时减速器输出扭矩比油井负荷扭矩滞后;而在下冲程开始时,这种扭矩又超前于油井负荷扭矩,其结果是降低了减速器峰值扭矩,使减速器输出扭矩较均匀,电动机动力较低,有明显的节能效果。但是,前置型游梁式抽油机也有不容忽视的缺点,一是结构不平衡重大大增加,而为了满足平衡的要求,必须加大平衡重,这又增加了整机的质量,平衡块调节也较困难;二是减速器安装在支架下边,给安装和维修带来不便;三是工作时前冲力较大.影响机架的稳定性。基于上述情况,在我国,前置型游梁式抽油机的应用尚不广泛。 4、旋转驴头游梁式抽油机翻转驴头游梁式抽油机的冲程长度比常规游梁式抽油机增加约 30%~40 %。在冲程长度相同的情况下,抽油机的总体尺寸可以做得更小,结构比较紧凑。但在同样的悬点载荷下,游梁载荷增加,整机结构也较复杂,制造成本较高。5、倍增程游梁式抽油机如图 1示为一种倍增程游梁式抽油机的结构简图。驴头上装有一个可转动的滑轮钢丝绳一端与底座连接,另一端绕过滑轮及驴头弧面与井口的悬绳器连接。当游梁摆动时,由于滑轮的作用,使悬点的冲程长度增加近 1 倍。为了避免钢丝绳与驴头弧面的滑动摩擦,驴头弧面上装有一排小滚柱,小滚柱随钢丝绳的运动而转动。由于倍增程游梁式抽油机使得游梁前端载荷增大近 1 倍,因而影响到平衡重的配置,平衡重的质量或回转半径必须大大增加,以提高平衡能力。6、双驴头游粱式抽油机双驴头游梁式抽油机,其结构如图 1—7 所示。它的运动部件与常规游梁式抽油机相同,其不同之处是:在游梁后端又装了一个驴头,驴头弧面圆心与游梁摆动中心重合,该驴头上挂有平衡重块(目前的新型机上不配该平衡重 )。为避免平衡重块因驴头弧面的径向跳动或较大的风载引起的摆动,装有平衡重引导装置,并用绷绳使其处于铅垂位置。双驴头游梁式抽油机由于采用游梁后端驴头悬挂平衡重块的平衡方式,使悬点的部分载荷以及平衡块的质量由结构件游梁、轴承所承受,从而减小了减逮器、曲柄、曲柄销、连杆、横梁等传动部件的载荷,使部件的工作可靠性大大提高并延长了各部件的使用寿命;另外,这种平衡方式的平衡效果较好,平衡块分为大小块,调整准确,操作方便。8、气平衡游粱式抽油机气平衡游梁式抽油机实际上是一种前置型游梁式抽油机。其不同之处是:该抽油机利用 游梁前端平衡气缸内的气体压力产生的推力实现平衡。其结构如图 1示。气平衡游梁式抽油机的优点是:取消了笨重的平衡块,整机质量约减少 1/3,可以根据油井工况的变化调节压力控制器的调整机构控制气包内允许压力的高低来调整平衡效果,不需停机调整,操作十分简便,而且平衡效果良好。其缺点是:平衡缸加工制造费用增加,又附加了一套补气装置,使产品成本增高,平衡系统的气缸在运转中易出故障,中修期短,修理费用高,对操作和维修工人技术要求高;必须设置安全装置,以保证悬点突然失载时抽油机的安全停车,以免发生严重事故。二、游梁式抽油机的结构组成(结构、作用、分类)目前,游梁式抽油机形式繁多,应用颇广,据统计使用量最大的仍然是常规型游梁式抽油机。因此,现以常规型游梁式抽油机为例,讨论游梁式抽油机的结构。1、驴头驴头装在游梁前端,由钢板焊接而成。驴头有一个较大的弧面,两根钢丝绳挂在驴头弧面上部的悬绳器体上。驴头的作用是将游梁前端的往复圆弧运动转变为抽油光杆的垂直直线往复运动,从而保证抽油时光杆始终对准井口中心位置。为此,驴头弧面在结构上是以游梁轴承支点为圆心,以游梁前臂长为半径的圆弧面。为了修井的需要,驴头必须能让开井口。按驴头从井口移开的方式不同,驴头分为侧转式驴头、上翻式驴头和可拆卸式驴头。2、游梁游梁经轴承安装在支架上,前端与驴头相连,后端通过尾轴承和横梁相连。抽油机工作时,游梁绕支架轴承作摇摆运动,传递动力,并承受悬点载荷、连杆拉力和支架轴承对游梁的反作用力等载荷。因此,要求游梁必须有足够的强度和刚度。为了保持驴头悬点与井口中心一致,游梁位置需配置微调装置。游梁有如图 1示的不同结构形式。其中图1a)所示为“ 工”字形截面游梁,用钢板焊成或直接选选用宽翼工字钢,这种游梁结构简单,制造容易,我国轻型或中型抽油机游梁多采用这种截面的游梁。图 1b)所示为双槽钢或用钢板焊成截面为“ ”字形或箱形游梁,这种游梁结构复杂,焊接工作量大,但强度和刚度较好,我国中型或重型游梁式抽油机多采用这种截面的游梁;图 1c)所示为等强度截面游梁,用钢板焊成,这种游梁结构材料利用合理,但制造麻烦。图 1d)所示为在工字钢上加两块加强板,断面近似等强度的游梁结构。另外还有驴头和游梁为一体的驴头游梁结构如图 1e)所示。这种结构的游梁质量小,但因驴头固定在游粱上,不仅制造和安装困难,而且修井也很不方便。3、横梁横梁是连杆和游梁连接的中间部件。动力经过横梁才能带动游梁作摇摆运动,横梁的形式有三种:翼形横梁、船形横梁和直形横梁,如图 1示。其中图 1a)所示是连杆弯曲与横梁成为一体,直接与游梁连接,结构简单,连接零件少,多用在轻型游梁式抽油机上;图 1b)所示是船形横梁。其横梁和连杆连接点与横梁和游梁连接点在同一水平线上,增加了连杆和横梁的刚性,并改善了连杆销轴的工作条件;图 1c)所示是直形横梁。横梁的制造方法有三种:第一种是用型钢直接焊成;第二种是用钢板焊成矩形截面结构;第三种是铸造。横梁截面一般采用等强度结构,以充分发挥材料的性能和减轻横梁的质量。4、连杆和曲柄销连杆和曲柄销总成包括连杆体、曲柄销、轴承和连杆销子等零件。5、曲柄和平衡块游梁式抽油机的曲柄成对使用,分别装在减速器输出轴的两端。在曲柄上装有根据油井工况所配的平衡块。平衡块可以沿曲柄侧面移动,以调整平衡能力,取得较好的平衡效果。常规抽油机的曲柄都是条形结构,是具有矩形截面的铸铁件,截面尺寸由中心向外逐渐减小。曲柄大端与减速器轴间采用键加过盈连接,曲柄端头铣成通槽,以便可以产生较大的弹性变形,用螺母和螺栓将曲柄夹紧在减速器的输出轴上,在孔与轴的结合面上产生较大的摩擦力,增加连接的可靠性,而又比较容易拆卸。为了调节抽油机的平衡扭矩,曲柄上有刻线和数字,用来标明平衡块回转半径或平衡块扭矩大小。曲柄两侧一般铸有齿条,并铣成 T 形槽,当需调整平衡块回转半径时,松开固定螺钉,把带有齿轮的摇把插入平衡块的孔内,使齿轮与齿条啮合,摇动手柄,平衡块在曲柄上移动,同时固定螺钉随之在 到预定位置停止,拧紧固定螺钉,装好保险锁块,取下摇把。异柑型游梁式抽油机平衡块重心和曲柄销中心线偏置一定角度。6、支架支架经轴承与游梁相连,在抽油机工作过程中,承受着悬点载荷和连杆拉力,是重要的承载部件。一般有两种结构形式:一种是三腿支架,另一种是塔形(四腿)支架。支架利用螺栓固定在底座上。支架人梯固定在支架侧面或前而,以供安装和维修使用。7、减速器减速器是游梁式抽油机的重要部件,它的作用是传递动力和降低运动速度,即将动力机的高速旋转运动(1450r/60r/35r/变为抽油机曲柄的低速转动(4~15r/减速器一般采用三轴两级齿轮传动,总传动比为 i=25~35,重型抽油机有的配三级减速器,轻型抽油机有的配一级减速器、链条减速器、胶带传动装置等。游梁式抽油机上所使用的减速器通常是人字齿轮或斜齿轮的闭式结构。齿轮的齿形有渐开线和双圆弧齿形等。8、制动装置抽油机的制动装置必须满足操作省力、制动快和安全可靠的要求。制动装置的作用是当电源切断后,可使抽油机立即停止转动或停留在任意位置。制动装置由手柄、拉杆、增力摆杆和制动器等部分组成;其增力机构有两种:一种是手摇式螺旋增力机构,它动作慢,达到制动所需要的时间较长,但有自锁能力;另一种是手拉式杠杆加力机构,带有棘轮棘爪锁紧装置,它动作快,操作方便。制动器有外抱式和内张式两种。外抱式有整条刹带型和两半圆闸瓦型。两半闸瓦型外抱式制动装置的两个刹车片固定在销轴上,当拉杆拉紧时,拉杆凸轮使两个刹车片同时向制动轮中心移动实现刹车。当拉杆松开时,销轴上的弹簧将两刹车片推离制动轮使刹车松开。9、底座底座是一个基础部件,用来安装减速器、支架以及动力机。但也有将动力机安装在附加底座上的。底座是由橇状结构的底座体和高底座组焊而成。底座体用工字钢、槽钢和角钢焊成,高底座用钢板焊成。用地脚螺栓经压板把底座固定在地从上。三、游梁式抽油机的基本参数与系列1、游梁式抽油机的基本参数游梁式抽油机的基本参数主要有:额定悬点载荷、减速器额定扭矩和光杆最大冲程。1)额定悬点载荷 绳器上的载荷最大允许值。实际上,它表明了在一定的抽油杆和抽油泵泵径组合时的最大下泵深度(或井深)。该参数是设计和使用游梁式抽油机的主要依据之一。在使用游梁式抽油机过程中,必须保证悬点最大载荷不超过额定悬点载荷。2)减速器额定扭矩 速器输出轴上的扭矩最大允许值。同样,减速器额定扭矩也是游梁式抽油机设计和使用游梁式抽油机的主要依据之一。在使用游梁式抽油机的过程中,必须保证减速器输出轴上的最大静扭矩不超过额定扭矩。3)光杆最大冲程长度 够提供给光杆上下往复运动时的最大位移量。它是计算抽油井最大理论产量的重要参数之一,它主要决定抽油机的基本尺寸和质量。2、游梁式抽油机的参数系列我国常规型游梁式抽油机类别代号有:常规游梁式抽油机。前置型游梁式抽油机。异相型游梁式抽油机。规格代号见表 1由三个基本参数值按额定悬点载荷光杆最大冲程长度—减速器额定扭矩的顺序排列组成。其他代号是指除类别代号、规格代号外的减速器齿形代号和平衡方式代号。抽油机标准型号的标注形式如下:如游梁式抽油机型号 示的意义是:悬点额定载荷为 80杆最大冲程长度为 3m,点啮合双圆弧齿轮啮合传动减速器,减速器额定扭矩为 常规型游梁式抽油机。3、抽油机的分类(1)按驴头最大悬点载荷分,可分为:轻型 0型 302)按光杆最大冲程长度分,可分为:短冲程 m;中等冲程 13)按减速器最大输出扭矩分,可分为:小扭矩 4)按最大冲程次数分,可分为:低冲次 1;中等冲次 6 5)按抽油机所需最大功率分,可分为:小功率 等功率 5、游梁式抽油机抽汲工况的确定1)正常抽汲工况所谓正常抽汲工况,是指对抽油机而言当要获得所需的油井产液量时,采用抽油机的最大冲程长度和最小泵径,而采用额定或较低的冲程次数的工作方式。是我国油田目前使用较多的一种抽油机抽汲工况。2)长冲程工况长冲程工况与正常工况相比有不少的优点。首先,当采用长冲程抽汲工况时,可大大减小抽油杆柱和油管柱变形对有效冲程的影响,提高抽油泵的充满度系数;其次,在相同油井产液量的情况下,可大大降低抽油机的冲程次数,从而使抽油机悬点载荷和抽油机各工作部件的工作循环次数减少,因而有利于提高抽油设备的可靠性,延长设备的使用寿命。正因为如此,目前抽油机的研制和使用,有向长冲程方向发展的趋势。3)高冲次工况4)短冲程工况5)低冲次工况低冲次工况主要用于稠油的开采,以减少抽油杆和抽油泵柱塞的下行阻力。6、平衡状况的检查与调整经过平衡调整后的抽油机,是否较好地达到了平衡要求,应通过实际观察和检测确定,一般常用以下几种方法。1)观察法一般地,平衡较好的抽油机容易启动.无“呜呜”的怪叫声;突然停止运转时,驴头和曲柄可以停留在任意位置。若平衡重偏重,当停机时,曲柄平衡重总是反复摆动,以致最后使驴头停在上死点。此时,发动机在上冲程时发出的声音明显比下冲程时小,应停机将曲柄平衡重向曲柄轴中心处调整,即减小曲柄平衡重的回转半径,对于游梁平衡重则应减小平衡重的质量。若平衡重偏轻,当停机时,平衡重总是反复摆动,以致最后使驴头停在下死点。此时,发动机在上冲程时发出的声音明显比下冲程时大,应停机将曲柄平衡重向曲柄轴中心处调整,即增大曲柄平衡重的回转半径,对于游梁平衡重则应增加平衡重的质量。2)测时法对于平衡较好的抽油机,用秒表测得的上、下冲程时间非常相近。如果上冲程快,下冲程慢,则说明平衡重过重,对于曲柄平衡应减小曲柄平衡重回转半径,对于游梁平衡则应减小平衡重的质量。反之,对于曲柄平衡应增大曲柄平衡重回转半径,对于游梁平衡则应增加平衡重的质量。3)测电流强度法对于电动机单独驱动的游梁式抽油机场常用安培表测量电动机三相电流强度法检验平衡效果。平衡良好的抽油机,驴头上、下冲程时,电动机的输人电流强度相近;若上冲程电流大于下冲程电流,表明平衡重偏轻或曲柄平衡半径偏小;反之,则偏大。实际上,要使上、下冲程中电流完全相等是很困难的,现场一般认为,当最小电流与最大电流的比值大于 70%时,抽油机就达到基本平衡。五、游梁式抽油机的维护保养及故障排除对抽油机进行良好的维护保养和出现的故障及时排除,是保证抽油机可靠地工作和延长其使用寿命的重要措施。1、游梁式抽油机的维护保养1)一级保养抽油机的一级保养由操作人员按期认真履行。一级保养的内容包括:(1)去除抽油机外部油污。(2)检查减速器润滑油液面高度,并在不足时补充加足。(3)对减速器、横梁、游梁、连杆等各处轴承加注润滑脂,必要时清洗连杆轴承。(4)清洗减速器呼吸器,使其始终保持通畅。(5)检查并紧固各部位固定螺栓。(6)检查并紧固平衡重固定螺栓。(7)检查减速器传动齿轮的磨损情况。(8)检查刹车是否可靠,必要时进行调整。(9)检查驴头滑轮是否转动灵活。2)二级保养二级保养一般一年进行一次,由专门的保养工进行。二级保养除应完成一级保养所要完成的工作内容之外.还包括以下内容;(1)清洗减速器,并更换润滑油。(2)清洗各处轴承,并加注润滑脂。(3)检查刹车块的磨损情况,并进行校正和更换。(4)检查电器的绝缘、接地情况,修理或更换开关(5)检查电动机的水平度,并加以校正。(6)更换各已损坏的易损件。2、游梁式抽油机的润滑游梁式抽油机的润滑部位及要求见表 1、抽油机的常见故障及其排除游梁式抽油机的常见故障和排除方法见表 1了保证油井产量,要求下泵深度和油井产液量小断增加,同时由于油田开采条件的复杂化,采油工艺对有杆抽油设备提出了低冲次、大泵深抽等要求。在这种情况下,游梁式抽油机已不能适应采油工艺所提出的新要求,于是出现了各种形式的无游梁式抽油机。一、链条式抽油机1、概述链条式抽油机是我国科技人员自行研制的一种独特的无游梁式抽油机,在我国油田的生产中,特别是稠油的开发中发挥了重要作用。链条抽油机经过多次的修改设计,已日趋完善,性能得到进一步提升,可靠性获得大幅度提高。目前,使用的链条抽油机主要有:和 等多个规格。应用实践表明,链条式抽油机与游梁式抽油机相比具有以下几方面的特点(1)运动性能好。在整个冲程长度上约有 90%为匀速段,因此工作动载小。(2)整机质量轻。链条抽油机只有同规格游梁式抽油机质量的 1/3~1/2,可节省大量的钢材和运输费用。(3)结构紧凑,占地面积小。链条抽油机由于采用了立式结构,占地面积小,特别适用于海洋采油平台或丛式井采油。(4)实现了长冲程低冲次作业,特别适合丁我国粘油井的开采。但是,在链条式抽油机的使用中,也暴露出了气平衡系统压力过高,易漏气,需要经常补气等问题。目前,胜利油田在用链条式抽油机中,机械平衡已基本取代了气动平衡方式。2、链条式抽油机的基本结构和工作原理1)链条式抽油机的基本结构如图 1示为 链条式抽油机结构示意图。其基本参数为:额定悬点载荷为 140程长度为 5m,减速器扭矩为 程次数为 1,动机功率为 37图 1见,链条式抽油机由以下五个系统组成:(1)动力传动系统。包括电动机、皮带传动装置、减速器、主动链轮、上链轮等。(2)换向系统。包括往返架总成(往返架、滑块、导轨等)、轨迹链条和主轴销等。(3)平衡系统。包括平衡链条、平衡链轮、平衡气缸及其柱塞、储气包、润滑油泵及其油气管线等。(4)悬挂系统。包括悬绳器、上钢丝绳、天车轮等。(5)机架底座系统。包括机架、底座和油底壳等。2)链条式抽油机的工作原理链条式抽油机的工作原理是:电动机经皮带传动、减速器减速后驱动下(主动) 链轮旋转,带动下( 主动) 链轮和上( 被动) 链轮间的轨迹链条运转。在轨迹链条上有个特殊链节,其上装有主轴销,轨迹链条通过主轴销、滑套和滑块带动往返架在导轨的限制作用下,作上、下垂直往返运动。当轨迹链条上的特殊链节在链轮上作环形运动时,主轴销带动滑块可沿往返架上的水平滑杠作水平移动,从而实现往返架的换向。绕在天车轮上的钢丝绳一端连于往返架的上端,而另一端与悬绳器相连。这样便将往返架的上、下垂直直线往返运动,通过钢丝绳和悬绳器传给光杆,再经光杆带动抽油杆柱和抽油泵柱塞进行相应的上、下冲程作业。在往返架的下部连有平衡链条,绕过平衡链轮后固定在机架上,平街链轮与平衡柱塞相连,在往返架的带动下,平衡柱塞上、下往返运动,从而满足链条式抽油机的平衡需要。 对于机械平衡链条式抽油机而言,目前有两种结构:其一是机械平衡重直接悬挂于往返架上,并置于机架的内部;其二是通过滑轮和柔性传动件经上滑轮悬挂于机架的外部。二、宽带型滚筒抽油机1、概述宽带型滚筒抽油机有一个特殊滚筒,其内有两个具有弧面的小滚筒,缠绕一根宽皮带拉动平衡重框,再通过悬重宽皮带、天车轮、悬绳器带动光杆上、下往复直线运动。电动机、减速器和滚筒都装在支架下面。该机的机架可以用一个小型电动机通过丝杠拉动,使其前后摆动,以便修井时让开井口和井口对中。如图 1示是它的外形图。2、宽带式抽油机的基本结构和工作原理如图 1示,宽带型滚筒抽油机主要由驱动滚筒、减速器、电动机、方向滚筒、驱动宽皮带、底座、支架、悬重宽皮带、调整丝杠等零部件组成。宽带型滚筒抽油机的基本工作原理是:抽油机上冲程时,依靠电动机输出的动力和平衡重释放的能量的作用,悬重宽皮带、悬绳器、光杆带动井下抽油泵柱塞作上冲程运动,从而将油液提升到地面;下冲程时,由于抽油杆柱的重力大于平衡重重力,故而自动下落,电动机处于发电机运行状态。电动机在抽油机的每一次冲程循环中都有通电、断电和发电三种工作状态。上、下冲程间的切换和冲程长度的调节由偏心轮机构控制。电动机的正反转和通电时间由电气控制系统控制,并有手动和自动控制功能。对垂直上下往复运动的平衡重框设有防坠落机械安全保护装置。在该型抽油机中,宽皮带是技术关键之一;它在承受持续拉力的情况下,频繁弯曲和伸直,易发生疲劳损坏,所以宽带和宽带专用接头是抽油机的薄弱环节。由于采用了同步转速启动技术,该机的驱动电动机可以选用普通电动机。
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