新型防断防脱自动调节式悬绳器的设计与应用

黄志伟

中国石油新疆油田分公司 采油二厂 （新疆 克拉玛依 834008）

光杆是抽油井杆柱上的重要组成部分，起到连接抽油机与抽油杆的作用，同时还在井口盘根盒处起到密封作用[1]。抽油机井在工作中，光杆因承受杆柱及井液重量（深井泵、活塞、抽油杆、液体）在上、下行运动过程中易在上部受力点造成断脱[2]。光杆断脱会造成原油产量的损失，如抽油杆柱掉入井内造成井口跑油，不但会造成环境污染，甚至还可能出现安全事故。

1 普通悬绳器的弊端

现有普通悬绳器结构为1个光杆卡子锁紧光杆后，悬绳器通过光杆卡子将拉力间接作用于光杆，使光杆保持上下往复运动[3]。在使用普通悬绳器过程中易出现问题有:

（1）光杆上行过程中，由于普通悬绳器只有1个光杆卡子从而使有限的光杆截面承受全部拉力作用，造成此截面处垂向应力集中，易造成光杆疲劳损伤、甚至折断。

（2）由于人力安装，光杆卡子的横截面与光杆轴心线不可能绝对垂直，这样就造成光杆在运动过程中受到一定的横向剪切力的作用，在现有结构中此剪切力是固定不可消除的，易造成光杆断裂[4]。

（3）如配防冲距不合理，光杆卡子上方光杆长度过长，在光杆上行至上死点时光杆与驴头相碰，造成光杆弯曲，进而造成光杆卡子处光杆由于弯曲受到一定的横向剪切力，易造成光杆折断[3]。

（4）如发生卡泵，现有结构易造成悬绳器毛辫子跳槽，引发各种安全事故。

2 防断防脱自动调节式悬绳器原理及受力分析

通过对目前的悬绳器改进，设计了一种新型的自动调节式悬绳器，满足了现场生产的需要。该防断防脱自动调节式悬绳器相较普通悬绳器，增加了1个光杆卡子和1个自动调节器。其原理如下:

（1）通过设计2个光杆卡子，改变光杆垂向应力集中状况，使光杆承受的垂向力分布在光杆的2个横截面上。

（2）利用联动结构使悬绳器自动调节光杆所受垂向应力在2个截面的合理分布；联动结构亦可减弱由于光杆与驴头相碰所造成的横向剪切力对光杆的作用。

（3）利用自动调节结构大幅消除由于光杆卡子的横截面与光杆轴心线不垂直所造成的横向剪切力作用，减轻光杆弯曲。

（4）如发生卡泵，联动结构可以自动调节，悬绳器仍能带动毛辫子顺利下滑，使悬绳器毛辫子不会发生跳槽，避免各种安全事故发生。

改进后的悬绳器如图1所示，它是由光杆卡子（2个）、光杆挡板 、悬绳器上体 、受力自动调节器、悬绳器下体组成。

对防断防脱自动调节式悬绳器进行受力分析（图1）。①1号卡子和2号卡子在不同的2个平面上，在1号卡子受力时,2号卡子所在平台往下压,同时通过调节器将力传给2号卡子受力;②悬绳器下体的凹部是测示功图时放传感器的位置;③2号卡子所在平台往下压的同时1号卡子所在平台往上顶,就这样实现2个卡子同时受力而防滑断;④自动调节器下支点是实现2个卡子同时受力的主要部位。

3 应用效果

2010年9月至11月在光杆断脱频率高的井:T85004井、T86198井、T85440井、T85558井 4口井试用防断防脱自动调节式悬绳器。

从现场运行情况来看，这4口井在安装普通悬绳器时光杆断脱频率平均为80天/次，光杆断脱频繁，影响抽油机日常安全生产。安装防脱防断自动调节式悬绳器后，至今光杆未再发生断脱，运转正常，延长了光杆的使用寿命，技术性能完全达到了设计要求。

特别是T85558井，井深较深3200m，泵挂位于2600m，光杆所承受载荷大。一方面光杆卡子在人工安装时不能保证绝对与光杆横截面水平，防冲距过大；另一方面该井长期供液不足，间歇出油，在不出油时光杆发烫温度可达100℃以上，出油时光杆温度迅速下降，使光杆发生了脆性变化，造成该井光杆频繁断裂，光杆平均断脱周期只有65d。此情况不但严重影响了油井的正常生产，而且经常发生油井跑油造成井场大面积污染，甚至有一次员工在巡检过程中光杆突然断裂，差点造成人员伤亡事故。2010年10月5日该井安装了新型防断防脱自动调节式悬绳器，至今光杆未断脱过，光杆断脱周期延长了10倍以上。2011年11月8日该井卡泵，该悬绳器通过自我调节，不但未发生毛辫子跳槽现象，而且由于多次负荷异常抽油机自动停抽，未造成任何伤害和损失。

至2012年8月，采油二厂作业区已经在50口井应用新式防断防脱自动调节式悬绳器，截止目前装置运行良好。

4 结论与认识

应用表明，新式防断防脱自动调节式悬绳器运行情况良好，解决了普通悬绳器存在的诸多问题，适用于各类野外生产环境中的抽油井。

（1）投入应用的成本低，使用此种悬绳器后，自动调节光杆受力分布情况，缓解了光杆所受垂向应力集中现象，同时降低了光杆所受的横向剪切力，有效地降低了光杆的疲劳程度，减少了光杆频繁断脱现象，延长了光杆的使用寿命。

（2）避免了由于光杆断脱、卡泵引发抽油机翻机、井口损坏等事故的发生；同时也为断脱光杆修复、更换以及保证井口安全生产赢得机会和时间，提高抽油井生产的经济效益。

（3）结构简单，安装方便，平时不需要维护，寿命长，工作可靠，适用范围广。

[1]成大仙.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社，2001.

[2]万仁溥.采油工程手册[M].北京:石油工业出版社，2000.

[3]陈宪佩，叶利平，谷玉洪.抽油机采油技术[M].北京:石油工业出版社，2008.

[4]崔学政，马强，陶军，等.随动对中抽油井口光杆密封装置的研究与应用[J].石油矿场机械，2004，33（2）:83-84.