盘根盒定扭力设计及节能评价分析

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摘要：随油田开发深入，能耗水平居高不下，为继续保证节能效果，需要从节点能耗管控入手，以缓解技术节能措施后劲不足的状况。盘根盒是油井能耗的重要节点，对其进行优化设计，具有一定节能潜力。以合理调盘根实现节能效果为例出发，对盘根盒进行了定扭力设计，采用扭矩调整装置实现扭力固定可调；对盘根松紧度与能耗关系进行了初步研究，初步确定了水驱和聚驱井盘根合理扭矩范围。现场实施81口井，平均有功节电率3.3%，取得较好的节电效果。

关键词：盘根；扭矩；松紧

由于近年来大量节能设备的应用，T油田节能型控制箱覆盖率达95%以上，节能型电动机的应用率也达到了90%以上，使用年限10年以上非节能型电动机仅余367台，功率因数低于0.3的非节能型控制箱仅有287台，拟采取更换节能设备的节能潜力越来越小[1]；同时，间抽作为主要节能手段，前期应用中也见到了投入少、效果好、见效快的效果[2]，但在油田上产和稳产的态势下，为保障产量的主动，使得近年来间抽井的执行被动、滞后，节电量逐渐被压缩。

1节能工作现状

统计5年来的机采节能管理措施工作量，见图1。节能管理措施主要以调参和间抽为主，但这两类管理措施受到当年产量完成情况的制约，在产量被动时只能减少执行。统计5年来的节能技术措施工作量，见表1。应用节能电动机和应用节能控制箱是技术措施的最重要组成部分，但是随着节能设备更换力度逐年加大，非节能设备可更换的潜力越来越小，更换重心已从优先更换非节能设备转变为优先更换应用时间长、节能效果变差或失效的节能设备开始转变，致使设备更新工作的节电效果呈逐年下滑趋势。基于以上考虑，为持续保证油田节能效果稳中有降的态势，T油田从节点能耗管控为出发点，进行了一些优化。本文以盘根盒能耗管控为例，从定扭力盘根盒的设计出发，结合合理盘根合理松紧度研究，制定了合理的盘根上紧措施，实现节能效果。

2盘根盒定扭力设计

盘根盒安装于抽油机井口，采油树上端，起到密封作用[3-4]。光杆上下运动时，与盘根盒摩擦造成能量损失，研究表明，适当的盘根松紧度有利于节约能耗，提高系统效率。本文从盘根盒定扭力设计出发，通过设计使盘根能轻易的调节到给定的松紧度（以扭矩表示），给出了合理的扭矩调节范围，对含水高低油井进行了节能试验。盘根盒设计图如图2，抽油机井定扭矩盘根盒，主要由盘根盒本体和扭矩调整装置两大部分组成，通过在原有盘根盒的盘根压帽（螺纹套）处增加扭矩调整装置，实现定扭力输出功能。扭矩调整装置主要由旋转套、手柄、弹簧和旋塞组成，盘根盒本体的螺纹套的外壁设有棘轮，与扭矩调整装置的棘齿形成棘轮-棘齿传动机构，靠预设的弹簧预紧力固定输出扭力值，通过棘轮-棘齿传动机构、螺纹套、压紧套，将旋转扭力转化压紧盘根的压紧力，实现对盘根松紧度的量化调节[5]。图2盘根盒设计图通过调整弹簧对棘爪的压力，改变棘轮和棘爪间的摩擦力矩，从而使密封盘根和抽油杆之间的摩擦力可以定量调整[5-6]，当施加的扭矩小于弹簧的预设值时，棘爪带动棘轮同步转动，上紧盘根；当施加的扭矩大于弹簧的预设值时，棘爪将不再带动棘轮一起转动，此时棘轮和棘爪间将产生相对转动，使密封盘根不再继续被施压。可以通过计算旋塞每旋转一圈对弹簧所增加的固定压力值来精确设定盘根的预设压力。现场可根据不同抽油井的实际情况进行针对性的调整，使每口井的防喷盒的密封效果都能达到最佳状态，达到节能目的[7-8]。

3合理松紧度研究

为确定盘根松紧度与抽油机能耗关系，现场对不同盘根松紧状态下的扭矩和有功功率进行了测试[9-10]。选取4个采样点，分别为盘根夹紧不带油采样点1；盘根最松冒油采样点2；盘根轻微漏油采样点3；盘根过紧状态采样点4。试验井为普通盘根盒，窄V盘根，扭矩-功率试验曲线图见图3。由图可知，盘根越紧，扭矩越大、能耗越高；盘根最松（采样点2）扭矩最小，此时能耗也最低。采样点3（盘根轻微漏油）附近时，能保证密封且有功功率较低，认为此时可以兼顾盘根不漏和取得较好的节能效果。考虑水驱和聚驱在采出液成分的差异性，对水驱和聚驱不同采样点对应的扭矩值进行了测量，结果（图4）表明，整体上来看采样点扭矩变化一致，但聚驱井在相同采样点时，其盘根扭矩值要略高于水驱井。综上，考虑水驱井合理扭矩值在（40±5）N•m，而聚驱为（60±5）N•m。

4现场推广应用

2019年现场应用81口井，对现场油井应用前后的有功功率进行了监测，根据不同含水级别的节电情况进行了统计（表2），通过表2可以看出，单井平均有功节电率3.30%，效果较好；对比发现，含水级别较高井节电率高于含水级别较低井。分析认为，油井含水低时，含油率较高，采出液黏性更好，容易在盘根处形成油膜，润滑性提高、盘根不易磨损疲劳，在盘根松状态和紧状态下能耗变化较小，因此调整盘根后的节电幅度较小；反之，含水较高井盘根在松-紧两种状态下有功功率变化较大，因此调整盘根松紧后的节电效果更高一些。截止目前，应用井累计节电8.74×104kWh，电费按0.6371元/kWh计算，年节省费用5.57万元。

5结论

1）设计了一种定扭力盘根装置，靠预设的弹簧预紧力固定输出扭力值，将旋转扭力转化压紧盘根的压紧力，实现对盘根松紧度的量化调节。2）盘根松紧与能耗呈对应关系，适宜的盘根松紧有利于降低有功功率；考虑水聚驱不同，认为水驱井合理扭矩值在（40±5）N•m，聚驱（60±5）N•m。3）现场试验表明，调盘根后，含水高低井有功节电率存在差异，具体表现为含水高井节电率高于含水较低井，所有现场实验井平均有功节电率3.30%。

参考文献：

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[2]刘涛，张岩，辛宏，等．低液量油井不停机间抽优化技术现场试验[J]．石油石化节能，2018，8（1）：1-3．

[3]童临，杨紫晔，解江涛，等．抽油机盘根盒国内研究现状综述[J]．云南化工，2018，45（10）：33-34．

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[5]陆东庆，陈蓉芳，杨锦华，等．抽油机盘根和皮带的松紧度对能耗的影响[J]．科技视界，2013（7）：143．

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[8]周勇，赵福生，孟令俊，等．游梁式抽油机盘根盒效率模型研究[J]．石油矿场机械，2020，49（2）：49-53．

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[10]李峰，赵松柏，尹雪伟，等．油田抽油机节能技术分析[J]．中国化工贸易，2016，8（1）：80．

作者:孙文涛 单位:大庆油田有限责任公司第五采油厂