塔架式抽油机在喇嘛甸油田的应用及评价

洪微微（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

常规游梁式抽油机作为使用最早、最普遍的抽油机，凭借其结构简单、维修方便等优点，在机械采油设备数量上占据绝对优势，同时，在油田开发中发挥了重要作用；但由于常规游梁式抽油机采用四连杆结构，传动节点多，传动效率低，能量损失较大，制约机采井系统效率的提高，不适应当前油田节能降耗的发展趋势[1]。而塔架式抽油机采用塔架式结构，取消游梁式抽油机的四连杆传动结构，并通过永磁电动机等节能电动机和智能变频装置控制实现抽油杆的上下往复运动，在节能降耗方面具有明显优势，同时具有长冲程、低冲次的特点，可减少杆、管偏磨，延长杆、管使用寿命[2]。塔架式抽油机作为一种新型举升设备先后在华北油田、辽河油田和冀东油田等深井、大斜度井开展试验，并取得显著成效。

1 塔架式抽油机的技术特点

1.1 工作原理

塔架式抽油机整机采用开关磁阻电动机驱动，通过链轮链条带动负载皮带做往复运动，通过控制电动机正、反向转动实现换向，完成抽汲动作。其中，开关磁阻电动机具有起动转矩大、起动电流小、调速范围广等特点[3]，同时可满足塔架式抽油机频繁换向、负载变化复杂等工况，性能稳定，结构简单，适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。该系统中电动机仅对井下载 荷与配重箱载荷差值做功，并配备智能控制柜，可根据负载变化自行调整电动机参数，实现自主调参，进一步提高节能效果[4]。在间抽井、稠油井、大排量井、深井开采上具有更明显优势。塔架式抽油机见图1。

图1 塔架式抽油机Fig.1 Tower-frame pumping unit

1.2 结构优势

1）冲程长。目前，采油六厂应用CYJY10-4.2-53HB型抽油机占比达到83%，该机型最大冲程仅为4.2 m，冲次平均为4.5次/min，而塔架式抽油机最大冲程可达8 m、冲次在1～4次/min区间可实现无级调整，既满足产液量变化范围大的需要，又满足“长冲程、低冲次”的节能优势，低冲速特性可以减少抽油杆柱的动载荷，延长泵的进液周期；长冲程特性可减少抽油泵的冲程损失，从而减少抽油杆往复抽汲次数，减少杆管偏磨，延长抽油杆使用寿命[5]。

2）传动效率高。架体采用齿轮、动滑轮传动代替传统游梁式抽油机的四连杆机构传动，结构简单，机械效率高，降低电动机装机功率[6]。

3）平衡方式节能。采用天平平衡方式，通过精确调整配重，使配重质量和悬点载荷相近，有效降低抽汲过程中电动机的功率消耗。

4）调平衡操作简单。配重箱为双列空腔的箱体，可根据不同井况、不同井下载荷进行设备重力平衡调节[7]。调节配重仅需打开配重箱后盖板，通过增加或减少配重块即可快速实现设备平衡调节。常规抽油机调平衡需要吊车及多人配合操作，费时费力，而塔架式抽油机调平衡仅单人就可操作完成[8]，大大减少了劳动强度，减少停井时间。

2 现场应用情况

据调研，塔架式抽油机平均检泵周期为920 d，在辽河油田应用145口井，最长的已经使用1 000 d；在大庆油田应用350口井，该举升技术较为成熟且应用范围广。其中，采油六厂于2020年先后应用92口井。

2.1 泵效优势显著

对比同区块常规游梁式抽油机与塔架式抽油机的生产参数，塔架式抽油机泵效高出11.22%，实现了“长冲程、低冲次”的采油工艺。从目前在用的50口塔架式抽油机生产数据的监测情况来看，泵效到达80%以上的比例占比75%，泵充满程度高的优势显著。某区块塔架式抽油机与常规抽油机生产参数对比见表1。

表1 某区块塔架式抽油机与常规抽油机生产参数对比Tab.1 Comparison of production parameters between tower-frame pumping unit and conventional pumping unit in a block

2.2 节能效果明显

因为塔架式抽油机“长冲程、低冲次”的优势[9]，在选井时多选取低产液井，目前，在用井的日产液范围为7～64.2 t。按照机采节能技术评价标准要求，分别选取10口日产液量、动液面等生产参数差异不超过5%的相近井，进行能耗数据测试，装机功率下降45.96%，系统效率提高8.53%，百米吨液耗电下降0.328 kWh/100 m·t。具体能耗数据见表2。

表2 能耗数据对比Tab.2 Comparison of energy consumption data

2.3 生产维护工作量小

塔架式抽油机结构较简单，维护点较少，易损件少，只有钢丝绳、动滑轮等需定期润滑；保养率低，一年2次；在生产过程中的冲程、冲次、防冲距等调节均可用电子遥控来操作完成，快速、方便；平衡调整只需单人对配重进行操作即可完成，能够减少劳动强度。塔架式抽油机保养与巡检项目见表3。

表3 塔架式抽油机保养与巡检项目Tab.3 Tower machine maintenance and inspection project

2.4 安全性能高

塔架式抽油机采用电磁制动技术，当按“停止”按钮或电路突然断电时，制动系统的控制电路失磁，制动器介入，实现抽油机平稳可靠刹车；变频系统自控程度高，对过载、失速具有完善保护功能，当抽油杆断脱时系统能及时可靠停机，大大提高了安全性能[10]。与常规游梁式抽油机安全性能及运行维护情况对比见表4。

表4 常规游梁式抽油机与塔架式抽油机安全性能及运行维护情况对比Tab.4 Comparison of safety performance and operation and maintenance with conventional beam pumping units and tower-frame pumping units

2.5 现场出现的泵况问题分析

1）塔架式抽油机出现卡泵问题。分析主要原因是：一是塔架式抽油机冲程长、冲次慢，管柱内液体流动慢，一些杂质容易回落回泵筒，造成卡泵；二是210队投产的塔架式抽油机都是补孔和压裂等措施井，井底液内含杂质多，容易造成卡泵。

2）塔架式抽油机出现固定凡尔漏失问题。分析主要原因是：塔架式抽油机冲程长、冲次慢，固定凡尔回位较慢，容易被油蜡和其他杂物垫住，造成凡尔漏失，4—6月份某区块出现了6口凡尔漏失井，洗井后恢复正常。

综合以上泵况问题，建议在出砂严重井减少使用该举升设备，同时，要不断完善塔架式抽油机现场操作标准，及时做好洗井管理、压裂后的固砂管理，避免杂质等影响泵况。

3 经济效益评价

塔架式抽油机一次性投资，比常规抽油机高7.185 2万元；年均维护费用，比常规抽油机低3.3万元；当运行时间达到2.17 a时，二者相等，之后塔架式抽油机的总费用低于抽油机。两种抽油机一次性投资及年维护费用对比见表5。

表5 两种抽油机一次性投资及年维护费用对比Tab.5 One-time investment and annual maintenance cost comparison of the two pumping units

4 结论

1）塔架式抽油机通过改变抽油机的结构，采用天平平衡方式和动滑轮等结构，使抽油机本身的工作方式具有节能特性。

2）塔架式抽油机可以提高机采井系统效率，提高泵效，而且参数调整、调平衡更为方便，单人便可完成相关操作，减少停井时间，通过使用智能化变频控制装置提高抽油机安全性能，减少工作量，降低劳动强度，降低油田的综合成本。

3）用低冲次、长冲程的塔架式抽油机，来减缓杆、管磨损，延长检泵周期。据调研塔架式抽油机平均检泵周期为920 d，采油六厂抽油机平均检泵周期为745 d，延长175 d，节省检泵作业费用0.6万元/a，目前塔架式抽油机最长运行周期为377d，还未出现杆、管偏磨的问题。

4）塔架式抽油机能够满足越来越严格的节能要求，符合建设数字化油田的大趋势，能够较好的解决人员减少的问题，同时其占地面积小，运转平稳，安全系数高，能够带来较好的社会效益。