防止抽油机断裂对策研究

黄老师

1.前言 我厂目前在用的变5型，兰8型，克10型、兰州11型和宝鸡11型等抽油机平均役龄达20年以上，由于使用年限长，结构件老化，零部件存在不同程度的磨损和变形，其中部分抽油机使用中发生底盘断、裂的现象，以前只是通过日常的修补和焊接等进行维护，但是维修后又重复发生断裂，特别严重时需要整体更换底盘，不但增加了维修成本，同时影响了油井产能，给设备的管理带来巨大的麻烦。为了搞清楚抽油机底盘断、裂的原因，需要对抽油机底盘受力原理，断裂现状以及管理方式等成因进行分析，找到底盘断裂防治措施，对设备工作参数的优化及日常设备管理起到指导作用。
　　2.底盘断裂现状描述
　　根据前期调查情况，经统计目前共有23台抽油机底盘容易发生频繁断裂，其中兰8型2台，华东10型1台，江汉10型1台，克10型19台。断裂部位为支架后腿与减速箱座连接处。
　　2．1 基础施工工艺调查：固定抽油机底盘的基础为现场混凝土一次成型浇筑，施工工艺落后，主要表现在基础上平面凹凸不平，固定抽油机底盘的螺栓为预埋件，存在二次浇筑现象且螺栓直径为￠27mm，强度较低；
　　2.2 基础使用情况调查：基础使用中整体断裂为若干块，主要表现在基础局部发生沉陷，造成基础局部断裂；
　　2.3 抽油机管理情况调查：
　　⑴抽油机的工作参数过高，表现在使用冲次为6-8次/分，油井供采不匹配，存在“大马拉小车”的现象。
　　⑵ 抽油机严重不平衡，表现在抽油机实测平衡率65-80％，低于抽油机使用的平衡率的指标。
   ⑶ 抽油机机杆不同步：表现在光杆抽吸运动与抽油机实际运转不相符，存在“机杆打架”现象，严重时光杆不下悬点失载，抽油机运转时的震动较大。
3.抽油机底盘受力及断裂原因分析
　　机械结构是由许多零部件按一定功能要求结合起来的整体，称之为结合体，抽油机底盘为“工字钢”结构，与压板之间的结合属于“压结合”，其结合也属于“柔性结合”，当结合部受外加复杂动载荷作用时，其结合面会产生“多自由度”，有阻尼的微幅震动（如变化很小的相对位移和转动），结合部既有弹性又有阻尼，结合部的这种特性对底盘结构产生较大影响，表现为使底盘结构的整体钢度降低，阻尼增加，从而导致底盘结构固有频率降低，振动形态复杂化。
3.1 抽油机底盘受力分析及计算
   根据机械动力学原理，结合面上上能量损失为：
△ E=4FθF/K(TANK/F*θ)，
   从公[论文网 www.ap5u.com]式中可以看出，当结合面为面接触，正压力F增大（减小）时，底盘与基础结合面实际接触区域增加（减少），变形减小（增大），当结合面为表面粗糙的点接触时，正压力F增大（减小）时，点接触的区域大（小），在动态激振力的作用下，结合面的变形大（小）。
抽油机底盘悬空，底盘与基础结合面属于点接触，符合上述动力学公式，即当F增大时，底盘变形大。
3.2 基础对底盘的影响
   基础断裂或沉陷后使底盘局部处于悬空状态，易发生变形，断裂部位根据悬空点的起点不同，其断裂部位多发自底盘中部即减速箱箱座与底盘焊接的根部，平均断裂形态为5－20mm的裂纹；
   3．3基础施工工艺对底盘的影响
   由于基础上平面凹凸不平使得底盘悬空点增多，底盘受力不均。固定底盘的螺栓二次浇筑后混凝土凝固时间不同，使螺栓易脱出，而且因螺栓选型小强度低易发生断裂，造成底盘固定失效。
3.4 设备管理方式对底盘的影响
   ⑴ 由于抽油机供采不协调，冲次高使底盘振荡频次增加，加速底盘断裂；
   ⑵不平衡使抽油机减速箱峰值扭矩高，设备振动大，整机运行不平稳。
   ⑶ 由于结腊、偏磨和油性的改变，使井筒阻力增加，光杆上下运行阻尼增加，严重时造成机杆不同步甚至光杆不下，使悬点失载，抽油机运转振动加剧。

　　4.抽油机底盘断裂防治措施
　　抽油机底盘断裂通常是由于底盘“工”钢结构遭受破坏引起的，底盘与压板之间的结合属于“压结合”，当结合部受外加复杂动载荷作用时，其结合面会产生“多自由度”，结合部既有弹性又有阻尼，结合部的这种特性对底盘结构产生较大影响，表现为使底盘结构的整体钢度降低。
　　4.1维修工艺流程
　　根据本文的研究成果与思路，对1台抽油机底盘采取什么防治措施应遵循以下步骤：
　　⑴ 前期应对井下杆柱进行调查，是否存在偏磨问题，清蜡周期是否合理。通过优化设计杆组合等方法确定合适的机型。若超载，则从管理制度上严格执行，减少生产后期底盘断裂的可能性；根据井筒结蜡程                                [/td][/tr]                [/table]
度合理安排清蜡； ⑵ 安排合理的保养维护周期，及时调整抽油机平衡率，调整底盘水平度，这样可掌握底盘裂防治的主动权，使底盘裂变得可控可预测； ⑶ 确定供采匹配的工作参数，对冲次高供液能力差的井进行下调，减少底盘受力的频次； ⑷ 根据基础使用情况，对因施工工艺落后的基础进行更换；
　　⑸  加强日常维护，及时调整底盘水平度在合理范围内使用，对因基础沉陷无法维修的及时进行调整和更换。
　　4.2 抽油机底盘断裂后维修技术使用情况
　　2010年作为科研攻关项目在全单位开展了底盘断裂的治理工作。
   ⑴ 工作参数优化
　　根据生产数据，对冲次高，供液差的井进行参数调整，对原机冲次无法下调的设备在保证产量稳定的基础上，安装节能传动装置11台，冲次由原来的6次将为3次，底盘所受激振力降低，底盘变形减小。
　　⑵ 平衡率的调整
　　对因平衡块欠载，无法满足井下载荷的需要，应用液压节能装置10套，提高了平衡率，降低了能耗。克10型抽油机应用节能技术改造，将曲柄平衡方式改变为游梁平衡方式，平衡方式的改变，使得抽油机减速器峰值扭矩降低，结构件的受力点得到优化，抽油机平衡率由原来的80％提高到90％，整机运行平稳。
⑶ 井下杆柱的优化和管理方式的改进
　　首先对底盘断裂的油井进行杆柱配比查询，运用poffice软件重新优化和设计合理的杆柱配比，减小偏磨的几率；其次校核清腊制度，制定合理的热洗周期，降低机杆不同步的概率。
　　⑷ 基础维修
   对使用条件达不到要求的14套基础进行更新，螺栓采用新的预埋工艺和标准，更新后的基础水平度未超过2mm，[论文网 www.ap5u.com]满足使用要求。
   4.3 维修效果
   通过参数优化、平衡调整、改进施工工艺等方法，对23台底盘频繁断裂井进行维修，经过近一年的跟踪，未再次发生断裂，维修后的底盘使用情况良好。
4.4 效益分析
　　⑴ 经济效益
　　对一口底盘断裂井，若使用传统方法治理，有效期最长为1个月，每年平均需维修12次，每次维修占产1.5小时，则按此计算一年的占产时间为18小时，每次维修费用200元，以一年为期，油量以0.5t/d计算，则一口井累积增加生产时率所增加的效益为：18/24*0.5*800+200=504元
⑵ 管理效益
　　根据底盘断裂治理情况，对底盘进行前期预防，通过优化设备工作参数，制定合理清蜡周期，加强日常动态监测并及时调整平衡率，提高日常维护水平和质量，既可防止底盘裂的问题出现，减少维修工作量，又可提高抽油机运转时率，从两方面降低油井生产管理成本。
5.认识
　　抽油机底盘断裂治理是为了提高设备使用效率，减少维修成本，底盘断裂有单一原因，也有综合因素的影响，因此只有加强日常管理，优化设备运行状态，才能达到节能和延长设备使用寿命的目的。
   本文首先从现状查找直接原因，从而逐步找到问题的根本原因，确定其油井合理的工作参数和清蜡周期，根据抽油机使用状况制定合理工作制度，改进施工工艺等。除此之外加强日常的维护保养显得尤为重要，动态设备的运行需要熟练的操作人员日常良好的维修和保养工作，管理人员全面、精准的状态监测和故障分析，以此对设备故障做出预测，掌握防止底盘断、裂等的各种故障预防的主动权。
   
参考文献
[1]王德俊主编.现代机械强度理论及应用.北京：科学出版社，2003：40—69.
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