常规弯梁变矩抽油机数字化改造技术与应用

姚 鹏，白文雄，樊 勇，梁 娜，李红才

（长庆油田分公司机械制造总厂，西安710201）①

常规弯梁变矩抽油机数字化改造技术与应用

姚 鹏，白文雄，樊 勇，梁 娜，李红才

（长庆油田分公司机械制造总厂，西安710201）①

为使在用常规弯梁变矩游梁式抽油机满足油田数字化管理的需要，设计了摆动式游梁平衡调节装置及配套设施，配备了数字化智能控制系统。在不改变原机型的情况下，利用数字化抽油机技术在井场将6型常规弯梁变矩抽油机一次性改造成为数字化抽油机，能够根据油井负荷自动或手动调节抽油机的平衡状态，根据油井产液量自动调节抽油机的工作冲次，并适时传递油井参数，实现远程智能控制。可满足油田数字化管理和控制的要求。

抽油机；弯梁变矩；智能控制；数字化改造

由于常规弯梁变矩（调经变矩）游梁式抽油机具有较好的节能效果［1］，自2005年以来，在长庆油田得到广泛的应用，据不完全统计，该抽油机约占油田在用抽油机的35%。随着长庆油田大力推行数字化管理，该抽油机不具备数字化控制，不能够根据油井负荷及产液量适时调整抽油机的平衡及工作冲次，与油井实现“供排协调”和数据上传及远程控制等数字化管理的弊病不断显现。如何将在用常规弯梁变矩抽油机改造为数字化抽油机，满足油田数字化管理需要，是油田公司关注的热点。2012-09，机械制造总厂与采油二厂联合对西峰油田西280-02井组和西39-30井组2个井场在用的10台6型弯梁变矩抽油机进行了数字化抽油机技术［2-3］改造，现场调试1次成功。经过1 a多的使用，各项指标达到了设计改造要求，实现了数字化抽油机的所有功能，能够根据油井负荷调整抽油机的平衡状态，根据油井产液量调整抽油机的工作冲次，并适时上传油井参数，实现远程控制，达到了油田公司数字化管理的要求。经过油田公司技术检测中心的节能效果评价，其综合节电率达到34%，系统效率提高5%以上。为其他型号的弯梁变矩抽油机的现场数字化技术改造提供了较好的技术借鉴。

1 技术分析

1.1 常规弯梁变矩抽油机结构及改造要求

6型常规弯梁变矩抽油机的结构如图1所示。在不改变原抽油机机型的情况下，只对尾部平衡及控制系统进行改造，并增加数字化部分结构，使其实现数字化抽油机的功能，达到数字抽油机要求。为减少改造工作量，所有改造工作需在抽油机现场一次改造完成。由于抽油机井场存在较多不安全隐患，不能进行电焊等动火作业，给改造工作带来了较大的难度。这就要求将改造部件实行工厂化制造，现场改造采用挂接和螺栓连接等不动火作业，并确保改造后的机型能够达到长期可靠工作的要求。

1—悬绳器；2—钢丝绳；3—驴头；4—游梁；5—支架总成；6—中央轴承座；7—横梁轴承座；8—横梁；9—连杆；10—尾部平衡体；11—曲柄；12—曲柄销装置；13—减速器；14—皮带；15—皮带护罩；16—电机装置；17—刹车装置；18—底座

1.2 数字化技术改造方案

改造后的CYJW6-2.5-18HY（SG）型数字化抽油机结构如图2所示，其中实线表示改造部分，虚线为原结构。

图2 改造后的数字化抽油机结构

1.2.1 改造方案

1） 将原尾部平衡整体换装为电动平衡调节装置。

2） 将原悬绳器整体换装为能够安装固定载荷传感器的一体式载荷悬绳器［4］。

3） 为了能够安装数字化智能控制柜，且确保控制柜符合SY6320—2008《陆上油气田油气集输安全规程》［5］相关规定，去掉原控制柜，将原底座加长用来固定数字化智能控制柜，其长度尺寸既要确保曲柄旋转的安全距离，又要兼顾电动平衡调节装置在最低位置时的安全距离。设计了螺栓夹板固定的特殊结构，避免了动火电焊作业。

4） 增加了位移传感器，选用磁铁式固定的位移传感器。

5） 增加了位移传感器和载荷传感器的信号线及穿线管、平衡电机动力线及穿线管、与防爆控制按钮相连的控制线及穿线管。穿线管采用螺钉固定和磁铁座固定相结合的方式。

6） 增加了数字化智能控制柜。数字化智能控制柜后置安装，由于刹车装置不变，刹把还在原位置。配合刹把操作，在刹把附近安装了防爆操作按钮，使刹车操作与启停操作能够同时进行，满足了现场操作抽油机的要求。

1.2.2 改造后的技术参数

2 关键技术

2.1 在用弯梁变矩抽油机的工作情况确定

由于常规弯梁变矩抽油机已在井场应用，为使改造工作有效进行，需要对在用抽油机进行全面的检测，主要检测内容包括：

1） 整机的运行状况。

2） 上下冲程的实际工作载荷。

3） 主要结构件的安全性。

4） 悬点投影。

5） 整机横向摆幅。

根据检测情况确定改造的必要性，通常服役在3 a以内的抽油机只需将弯梁变矩抽油机调整至正常状态即可。对服役较长的抽油机需要进行必要的维护，以确保改造的有效性。

2.2 改造后平衡载荷的确定及平衡锤结构

由于改造后的数字化抽油机采用摆动平衡调节结构，平衡调节有确定的范围。根据测得的抽油机上下冲程的实际载荷，并将其放大15%～20%左右，即可满足抽油机额定载荷的50%～100%的平衡调节范围。

平衡锤采用圆柱结构，内部灌装密度为2.0 g／cm3的混凝土；中部为可拆装的水泥块结构，大幅降低了制造成本，且具有一定的防盗功能。可拆装水泥块结构加上摆动调整范围确保抽油机平衡调整范围达到额定载荷的50%～100%。

2.3 数字化抽油机智能控制技术

数字化抽油机采用长庆油田公司机械制造总厂的数字化抽油机智能控制技术。采用RTU智能控制器调整和控制抽油机的参数，自动平衡判定与调节技术和抽油机合理工作冲次判定与调节技术的应用，保证了改造后的数字化抽油机具备数字化管理和控制的功能。使改造后的抽油机与油井得到了较好的结合，实线了“供排协调”，达到了节能降耗的目的。

3 技术创新点

1） 常规弯梁变矩抽油机在现场进行数字化技术改造，只需更换2大部件，增加6项零部件便可完成数字化技术改造。改造后的数字化抽油机与新制造的数字化抽油机实现同样的功能。具备油井参数和电参数的采集、传输；远程启停和语音报警提示；合理工作冲次的自动判定与调整；最佳平衡的自动判定与调整。同时，利用数字化控制技术实现了对抽油机有效保护，工作更安全。

2） 所有改造工作在井场1次改造调试成功，实现了工厂化制造与现场安装调试的有效结合；避免了现场动火作业，降低了现场改造工作的安全风险。

3） 数字化智能控制柜后置安装。为实现刹车与启、停操作的联动，在刹把附近设置了防爆启、停按钮，使数字化智能控制柜的启、停在控制柜和防爆按钮处的双向操作。

4 现场应用与测试

2012-09，在长庆油田公司采油二厂对西峰油田西280-02井组和西39-30井组2个井场在用的10台6型弯梁变矩抽油机进行了数字化技术改造，改造调试工作1次完成。改造后的数字化抽油机经过1 a年多的运行，经历了冬季严寒和夏季酷暑的考验，运行情况良好。其平衡度基本保持在0.95～1.05之间，具有较好的平衡性能；工作冲次可以根据油井动液面和产液量进行自动调整，具有较好的节能效果。油井参数和电参数适时上传至上位机，并得到有效控制，实现了数字化管理和控制的目的。

2013-06，委托长庆油田公司技术检测中心对改造后的数字化抽油机与原弯梁变矩式抽油机进行节能效果对比测试［6］。测试和计算结果为：有功节电率为34.90%，无功节电率67.35%，综合节电率为34.83%（以上数据因工况条件不同只能作为参考数据，从节电量来说是事实存在的）。抽油机系统效率为19.86%，比以前提高了5.5%以上。

5 结论

1） 常规弯梁变矩抽油机的现场数字化改造技术解决了现场在用弯梁变矩抽油机在实施油田数字化管理以来继续使用问题，不仅满足了油田数字化管理需要，还使老式抽油机能够根据油井负荷和产液量调整抽油机的工作参数，发挥了数字化智能控制功能，具有较好的节能降耗效果。

2） 经测算，1台弯梁变矩抽油机的现场改造费用约¥4.5万元。改造方案经工厂化制造后，现场改造不需要动火作业，安全风险小，具有较好的经济效益和社会效益。

3） 由于采用了摆动平衡调节机构，利用原尾部平衡挂装座，辅以螺栓加紧方式，使更换后的平衡调节机构安装简单、工作可靠。设计的摆动调节范围达到了110°，结合可拆装的活动水泥平衡块，具有平衡调整范围大的优点。

4） 参照该技术，可实现其他型式游梁式抽油机的数字化改造。

［1］ 汤敬飞，吴晓东，马国瑞，等.调径变矩抽油机悬点载荷计算［J］.石油矿场机械，2011，40（11）：37-40.

［2］ 戴志宏.数字化抽油机在采油六厂的应用［J］.石油矿场机械，2013，42（9）：94-97.

［3］ 白文雄，白青，李茂，等.数字化抽油机的研制与应用［J］.油气田地面工程，2013，32（12）：149-151.

［4］ 李红才，侯军，李晓萍，等.带有载荷变送器的悬绳器：中国，ZL201020252367.X［P］.2011-02-09.

［5］ SY 6320—2008，陆上油气田油气集输安全规程［S］.北京：石油工业出版社，2008.

［6］ 长庆石油勘探局节能检测站.JD2013005《6型弯梁变矩抽油机数字化改造测试报告》［Z］.2013.

Digital Transformation Technology and Application of Conventional Pumping Units with Camber Beam and Variable Torque

YAO Peng，BAI Wen-xiong，FAN Yong，LIANG Na，LI Hong-cai
（Machinery Manufacturing Plant，Changqing Oilfield Company，Xi’an 710201，China）

In order to make the active conventional beam pumping units with camber beam and variable torque to meet the needs of the digital oilfield management，oscillating beam’s balance adjusting device and supporting facilities were designed，and also equipped with digital intelligent control system.Without changing the original model，digital pumping technology transformed the type 6 conventional pumping units with camber beam and variable torque into the digital oil pumping machine at the drill sites once.So the balance of？pumping units could be adjusted automatically or manually based on the load of oil wells，the modified machine can adjust the pumping unit working stroke automatically，according to the oil well fluid production，and timely deliver oil well parameters.In a word，this technical transformation has achieved all the functions of the digital beam pumping units，met the oilfield digitization management and control requirements.

pumping units；camber beam and variable torque；intelligent control；digital transformation

TE933.1

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.07.026

1001-3482（2014）07-0095-04

2014-01-06

姚 鹏（1978-），女，甘肃宁县人，工程师，硕士研究生，主要从事石油机械与一体化集成装置的控制理论与控制工程研究，E-mail：yaop_cq＠petrochina.com.cn。