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W型曳引抽油机抽油杆断脱技术措施分析

文档作者：廖大林向贵川刘长松贾建新潘明浩张成兰文档来源： 1．濮阳市信字石油机械化工有限公司 2．中原油田油气技术部．b．采油五厂 3．江苏咸中石油机械有限公司		点击数：	更新时间： 2022年12月10日
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2010年第39卷
第1O期第92页
石油矿场机械
oIL FIELD EQUIPMENT 2010，39(10)：92～ 94
文章编号：lOO1-3482(2OlO)lO一0092—03
W 型曳引抽油机抽油杆断脱技术措施分析
廖大林 ，向贵川 ，刘长松 ，贾建新 ，潘明浩。，张成兰。
(1．濮阳市信字石油机械化工有限公司，河南濮阳457001；2．a．中原油田油气技术部．b．采油五厂，河南濮阳457000；
3．江苏咸中石油机械有限公司，江苏建湖224700)
摘要：针对w 型曳引抽油机在运行过程中可能出现的抽油杆突然断脱事故，分析了抽油杆断脱的
原因，提出了预防办法和技术措施，以避免因为抽油杆断脱造成事故，为推广应用w 型曳引抽油机
提供了安全技术保障。
关键词：W 型曳引抽油机；抽油杆断脱；技术措施；模拟试验
中图分类号：TE933．1 文献标识码：B
Technical M easures of W —type Tractive Pumping Unit for Breakdown of Sucker Rod
LIAO Da—lin ，XIANG Gui—chuan ，LIU Chang—song黯，
JIA Jian—xin ，PAN Ming—hao。，ZHANG Cheng—lan。
(1．Puyang Xinyu Petroleum Machinery and Chemical Co．，Ltd．，Puyang 457001，China；
2．a．Oil and Gas Technique Department；b．No．5 Oil Production Plant，Zhongyuan Oilfield，Puyang 457001，China；
3．Jiangsu Xianzhong Petroleum Machinery Co．，Ltd．，Jianhu 224700，China)
Abstract：To aim at the crack and thread off accidents of sucker rod in during the process of W—
type tractive pumping unit operation，the reasons for the crack and thread off of sucker rod was
analyzed，positive prevent methods was put forward．Practical and effective measures were illus—
trated．combining prevention with control to ensure that no thread off accidents of sucker rod acci—
dent．The technical obstacle was absolutely got rid of．It is beneficial for promoting W —type trac—
tive Pumping unit in large scale．
东北水平井压井工艺技术虽然在多口井应用成功，
但需要足够的重浆和清水储备作保证。
2) 选择合理的压井方式有助于安全、快速压
井，将安全风险降至最低。
3) 水平井压井应以循环法压井为首选，采取
逐级加重方式，防止井底漏失后井喷。
4) 通井时应下至水平段底部循环，这一点与
直井截然不同。
参考文献：
[1] 刘伟，李丽．通南巴深井优快钻井技术[J]．石油矿
E2]
E3]
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28(2)：11-13．
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[J]．石油钻采工艺，2006，28(1)：13～14，28．
井控培训教材编写组．钻井井控工艺技术[M]．东营：
中国石油大学出版社，2008．
雷宗明，李 强．直推法压井技术[J]．天然气工业，
2000，20(3)：54—56．
李运辉，黄船，崔进，等．置换法压井技术在川东北
河坝1井的成功应用[J]．油气井测试，2008，17(4)：
45—46．
收稿日期：2010—04—14
基金项目：河南省重点科技攻关项目(070102)
专利项目：中国发明专利“w 型曳引抽油机”(ZL2007100892850)
作者简介：廖大林(1952一)，男，江苏盐城人，高级工程师，主要从事石油装备的研究与开发，E—mail：liaodalin26@sina．com。
第39卷第1O期 廖大林，等：w 型曳引抽油机抽油杆断脱技术措施分析
w 型曳引抽油机是一种机电一体化的新型无
游梁式抽油机 ]，由动力系统、控制系统、机架及移
动系统、曳引系统、配重及扶正系统、安全制动系统
等构成。该型抽油机采用外转子稀土永磁同步电
机E 33作为动力系统，并与变频器调速系统和PI C 自
动控制相匹配，不仅可以使电机在没有减速箱的情
况下超低速运行，而且可以有规律地实现正、反转；
用钢丝绳作为牵引系统 ]，将钢丝绳从电机两侧的
曳引轮上绕过，前端与悬点载荷相连接，后端与配重
相连接；根据滑轮原理，在悬点载荷与电机之间和配
重与电机之间各串联2只多槽同心动滑轮组，可以
成倍地降低电机扭矩、体积和质量，使w 型曳引抽
油机结构极其简单。
该型抽油机经过中原油田、华北油田、辽河油
田、胜利油田采油厂使用，凸显出节能、低碳、高效、
维护简单、减轻工人劳动强度等技术优越性。缺点
是在抽油杆断脱后配重不能及时刹住。为此，有必
要对抽油杆断脱的原因进行分析，并提出相应的技
术措施。
1 抽油杆断脱原因[6]
1．1 外因
a) 抽油泵砂卡。
b) 结蜡严重发生蜡卡。
1．2 内因
a) 抽油杆与油管偏磨过度。
b) 抽油杆疲劳损坏。
c) 抽油杆腐蚀严重。
d) 抽油杆热处理质量差。
表1为某采油厂2004 2008年抽油杆柱现场
失效数据统计。
表1 某采油厂2004-2008年抽油杆断脱统计
年度
各类损坏比例／
偏磨 疲劳 腐蚀 制造
2004 139 41．7 33．8
2005 192 51．6 35．4
2006 269 5o．2 31．6
2oo7 344 56．7 28．2
2008 378 49．2 3o．2
17．3 7．2
9．4 3．6
11．5 6．7
1O．8 4．4
15．3 5．3
2 技术措施
2．1 长冲程低冲次工作制度
游梁式抽油机由于受其结构的限制，冲程不大，
但冲次可以调得很高。以中原油田14型抽油机为
例，多数为冲程4 m，冲次6 rain一，即光杆每分钟运
行24 m。W 型游梁式抽油机电机转速可通过变频
调速到几转～几十转，冲程可以设计到7～8 m，因
此，可以实现长冲程低冲次。例如冲程8 1TI，冲次3
rain_。，光杆每分钟也运行24 m。由于前者速度高，
带来的后果是抽油杆运行加速度大，惯性大，抽油杆
断脱几率高；后者加速度小，惯性小，抽油杆断脱几
率小，磨损小，同时原油充盈度高，产量高。
2．2 控制系统超载欠载空载保护
通常，电机是在额定负荷下的额定电流内运转，
当抽油泵发生砂卡或蜡卡时，工作电流将显著上升，
当超过额定电流值时，控制系统将会自动切断电源，
抽油机会自动及时停车并发出过电流故障信号，在
显示屏上显示负荷的故障代码，此时只要对井下进
行热洗等作业措施就能消除砂卡或蜡卡故障，避免
抽油机将抽油杆拉断。此例已在华北油田任31l井
进行过验证。
2．3 曳引系统具有打滑保护功能 。
曳引系统中的钢丝绳是以180。缠绕在曳引轮
上的，运行时，电机功率依靠钢丝绳与曳引轮的正压
力和摩擦力传递。当抽油泵发生砂卡或蜡卡时，抽
油机载荷显著增加，出现前重后轻的现象，因此钢丝
绳和曳引轮会打滑，一旦发生打滑，势必会使1个冲
程的时间超过预先输入的时间，此时控制系统即会
以超时指令切断电机电源，并在显示屏上显示超时
的故障代码。此例2009—11—07在中原油田采油一
厂C10—19井遇到过，当抽油泵发生砂卡时，抽油机
自动停车，并显示超时运行故障号，进行热洗排除了
砂卡，避免了抽油杆被拉断。
上述3种技术措施可以有效改善抽吸质量，减
少摩擦，大幅度减少抽油杆断脱的几率，延长机、杆、
泵的使用寿命，但不能从根本上杜绝抽油杆的断脱
事故。为此，采取了多种技术措施。
a) 在机架两侧设计2根互相平行且与地面垂
直的轨道，对配重进行扶正，一旦抽油杆断脱，配重
可在轨道扶正下平衡下行，不会冲撞机架。
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石油矿场机械 2010年1O月
b) 在砼基础上与配重对应的部位设置1只旧
轮胎，当光杆断脱、配重突然坠落时，轮胎能起到缓
冲作用，保证配重软着地，不会砸坏砼基础。
c) 在电机两侧曳引轮的外围、前后动滑轮的
外廓和钢丝绳通过的主要路径上设置防跳绳槽装
置，当抽油杆断脱时，在配重坠落过程中钢丝绳仍能
拽着配重减速下落，同时也不会因为钢丝绳跳槽发
生阻卡而造成钢丝绳被拉断。
d) 在前侧动滑轮下部设置1个缓冲装置，由
壳体、弹簧、钢丝绳组成，如图1。缓冲装置下端与
机座连接，上端与动滑轮悬绳器连接。当抽油杆断
脱时，配重在地球引力作用下坠落，与此同时，前边
的动滑轮及悬绳器在钢丝绳的带动下迅速冲向上平
台。在配重落地的瞬间，在惯性力的作用下，前侧动
滑轮及悬绳器仍然会以很高的速度上升，此时，连接
在动滑轮座下边的钢丝绳正好被拉紧，缓冲器内的
弹簧被压缩，弹力与上部惯性力相抵消使动滑轮迅
速静止，避免动滑轮冲顶而撞坏。
4
1一上堵头；2一弹簧座；3 圆柱弹簧；4一钢丝绳；
5一壳体；6一钢丝绳绳头座；7一下堵头；8一缓冲座
图1 缓冲器结构
e) 设计坚固的砼基础，与w 型曳引抽油机相
配套的砼基础尺寸为5．0 mX 2．5 mX0．5 rn，钢筋采
用016 mm螺纹钢，水泥砂浆采用高标号水泥和粗
砂、石子用搅拌机搅拌，振动机振动捣实进行现场浇
铸，经15 d保养和自然凝固后再投入应用。经测试，
制成的砼水泥基础为C20强度等级(2O MPa)，即砼
基础与配重的接触面积可以承受2．8×1O kN的冲击
压力。配重质量通常为5 000~6 000 kg，抽油杆断脱
时，配重以9．8 m／s 加速度下落，行程为7 m，配重落
地的冲击力为6 760 kN，远远小于2．8×104 kN，加之
有轮胎的缓冲，不会砸坏砼基础。
3 模拟试验
在计算的基础上进行了抽油杆断脱模拟试验。
当光杆突然断脱时，配重失衡向砼基础坠落，坠落在
旧轮胎上几次反弹后静止，此时前侧动滑轮在后侧
配重拖拽下迅速冲向上止点，当接近上止点时，动滑
轮座上的缓冲器缓冲后钢丝绳受拉，弹簧被压缩，当
动滑轮惯性力与弹簧弹力抵消后配重静止，电机处
于空载，在控制系统的欠载保护下自动停车。模拟
试验后，检查机架和上平台、动滑轮和配重、电机和
砼基础等完好无损。抽油杆断脱模拟试验验证了理
论计算是正确的。
4 结语
针对w 型曳引抽油机抽油杆断脱问题采取的技
术措施效果较好。有积极预防措施，也有有效保护措
施，前者大大减少了抽油杆被拉断的几率；后者有效
消除了因抽油杆断脱而造成的危害，从而为W 型曳
引抽油机成功应用于油田提供了安全技术保障。
参考文献：
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