移動式采油設備概論許原春 ,薛麗萍(通化石油化工機械制造有限責任公司 ,吉林 通化 134000)摘要 :由于國內早期開發的油田已進入中后期采油階段 ,使常規采油方式的經濟性下降 ,甚至虧損 。文章介紹了移動式采油設備的構成以及各部件的功能 ,該設備作業簡單方便 、安全性好 、機動性好 、成本低 ,適用于低產 、低效 和偏遠油井采油 ,將逐漸成為油田后期采油的一種重要設備 。關鍵詞 : 采油設備 ;油罐車 ;井口裝置 ;井下工具 ;輸油管道 ;結構中圖分類號 : t e933 . 03文獻標識碼 : adevelopment of travel ing oil extraction equipmentxu yua n2ch u n , xu e li2pi ng( t on g h u a pet role u m an d che m ic al m ac hi ne r y m a n u f act u ri n g co. l t d. , t on g h u a 134000 , chi n a)abstract : thi s p ap er i nt ro duce s t he co mbi natio n a nd t he p e rfo r ma nce of all p a rt s of mo va ble p ro ductio n e2 quip me nt . the co nve ntio nal p ro ductio n ha s go t lo we r eca no mi s a s do me stie oil fiel d i s app roachi ng to lat e r p ro ductio n p erio d . thi s ne ul y develop e d equip me nt ha s go t t he a dva nt a ge s of ea sy op e ratio n , saf et y , mo v2 a bilit y , lo w co st . it i s suit a ble fo r lo w p ro ductio n well i n ma gi nal oil fiel d a nd i s to be a mai n equip me nt fo r lat e p ro ductio n p e rio d.key words : oil p ro duci ng equip me nt ; t a nk t r uck ; well hea d equip me nt ; do w n hole tool ;oil pip eli ne ; st r uct ure口裝置 、井下工具和輸油管道等組成成套 ,具有采油作業簡單方便 、安全性好 、機動性好 、成本低 ,適合于 低產低效和偏遠油井采油等優點 ,將逐漸成為油田 中后期采油的一種重要設備 。移動式采油設備的產生及發展1油田開采初期 ,由于油井產液量高 ,開采區域比較集中 ,均采用常規的機械采油方式 ,即 ,在井口安 裝抽油機進行采油 。常規的機械采油 ,需要架設高壓供電線路 、敷設輸油管道 ,并要有專人對抽油機進 行維護和保養 。隨著石油的不斷開采 ,我國早期開發的大部分油田已經進入中后期采油階段 ,油井的產液量下降 ,產液含水上升 ,用常規的機械采油方式 進行采油 ,經濟性下降 ,甚至會出現虧損 。而對一些偏遠井來說 ,由于架設高壓供電線路和敷設輸油管線投入較大 ,也不適宜采用常規機械采油方式進行 采油 。為了經濟有效地開采這部分原油油藏 ,需要 有一種新型的采油設備來代替 常規 的機 械采 油 設 備 ,經過多年的研制和改進 ,發展為目前最新的移動 式采油設備 。移動式采油設備由撈油車 、油罐車 、井2撈油車結構與功能2 . 1結構與技術參數撈油車主要由二類汽車底盤 、斷軸取力分動箱 、 角傳動箱 、絞車 、井架 、排繩系統 、液壓系統 、氣路系統 、電氣系統 、撈油操作室和副車架等部分組成 ,其 結構如圖 1 。底盤型號發動機型號 發動機功率 、轉速滾筒容繩量最大提升力zz1252m4340 fwd615 . 67206 k w ,2 200 r/ mi n2 500 m100 kn收稿日期 :2005202222作者簡介 :許原春 (19632) ,男 ,吉林長白山人 ,高級工程師 , 1987 年畢業于吉林工業大學機械制造專業 ,現從事石油機械 設計和開發工作 。10 oil fieldequipment2005 vol . 34 4軸將動力傳給角傳動箱輸入端 ,經過一對螺旋傘齒輪改變傳動方向后 ,可經過或不經過圓柱齒輪減速 ,將動力傳給角傳動箱的輸出小鏈輪 ,經鏈條帶動滾 筒上的大鏈輪空轉 ,當滾筒離合器結合時帶動滾筒轉動 。 分動箱 、角傳動箱和鏈傳動組成了撈油車的變速系統 ,從而使提撈鋼絲繩能獲得相適應的提升拉力和提升速度 。2 . 2 . 4 撈油車絞車1 控制室 ;2 絞車 ;3 鏈條張緊裝置 ;4 鏈條罩 ;5 手動排繩系統 ;6 角傳動箱 ;7 鋼絲繩 ;8 防污槽 ;9 分動箱 ;10 液路系統 ;11 前支架 ;12 汽車底盤 ;13 井架 ;14 托架 ;15 支撐桿 圖 1 撈油車結構簡圖a)離合器一方面 ,離合器要有足夠的扭矩傳遞能力 ,以滿足撈 油 車的 最大 提 升載 荷 ; 另一 方面 ,當撈油車超載荷時 ,離合器應打滑 ,以保護發動 機和傳動系統各部件 。離合器結合時 ,主要是用于鋼絲繩的提撈過程 ;分離時 ,主要用于鋼絲繩的自由 下放過程 。2 . 2主要結構及功能2 . 2 . 1 撈油車底盤撈油車底盤通常采用二類汽車底盤 ,例如 ,斯太 爾底盤 、東風底盤 、延安軍車底盤 、815 底盤 ,驅動型 式有 4 2 、4 4 、6 4 、6 6 四種 。斯太爾底盤又分 為重汽斯太爾底盤和陜汽斯太爾底盤 。2 . 2 . 2 斷軸取力分動箱b)滾筒總成滾筒體是撈油車的關鍵部件之一 ,滾筒容繩量或最大提撈深度決定了滾筒體的軸向和徑向尺寸 ,通常 ,滾筒容繩量減去 50 m 就是撈 油車的最大提撈深度 。增大滾筒容繩量的途徑有 2個 ,一個是增大滾筒軸向尺寸 ,但受滾筒排繩和車身 寬度的限制 , 即滾筒 長 度過 長 , 易造 成滾 筒 排繩 亂 繩 ,同時絞車的總體外廓尺寸不能超出整車寬度 ;另一個是增大滾筒徑向尺寸 ,該方法對滾筒受力狀況 影響較大 ,需要提高滾筒強度 ,增加滾筒體質量 。滾 筒徑向尺寸加大 ,能使滾筒體的轉動慣量增大 ,會造成 2 種不良后果 ,一是在剛開始下放鋼絲繩時 ,由于 轉動慣量較大 ,油抽子無法帶動滾筒旋轉 ,不能實現鋼絲繩的自由下放 ,需要用倒檔下放一定長度 ,當滾 筒在慣性力作用下轉動起來后 ,才能摘開倒檔進行自由下放 ,造成設備使用不合理和放繩時間較長 ;二是在鋼絲繩自由下放過程中 ,由于滾筒體轉動慣量 大 ,造成剎車性能差 。所以 ,通常情況下 ,不推薦為增加滾筒容繩量而增大滾筒的 軸向 尺寸 和 徑向 尺 寸 。a)撈油車行走動力與車上撈油作業設備動力的切換功能 底盤發動機通過 底盤 變速 箱和 傳 動軸 ,為底盤行走提供動力 。將底盤變速箱和后橋之 間的傳動軸斷開 ,中間接入斷軸取力分動箱 。斷軸 取力分動箱有上下 2 個輸出端 ,下輸出端聯接底盤 后橋 ,上輸出端聯接車上撈油作業設備 ,通過斷軸取 力分動箱實現動力的分別輸出 。分動箱第 1 根軸上 的滑移齒輪 ,通過控制元件選擇與其兩側的傳動齒 輪嚙合 ,實現行走與撈油作業動力的切換 。b)升距功能汽車底盤的傳動軸位置較低 ,而車上撈油設備的動力輸入端位置又較高 ,直接聯接超出了傳動軸允許的偏斜角度 ,通過斷軸取力分 動箱多級齒輪傳動 ,提高分動箱上輸出端的高度 ,便可將傳動軸聯接到車上作業設備的動力輸入端 。c)剎車系統剎車系統是關系到撈油車能否c)變速功能在斷軸取力分動箱中經過幾級正常工作的一個重要環節 。在鋼絲繩上提過程中 ,需要剎車換檔 ;在自由下放過程中 ,需要剎車來控制 下放速度 ,并在下放到預定的深度后應能及時剎住 。若在撈油作業中剎車系統失靈 ,輕者造成鋼絲繩損 壞報廢 ,重者造成鋼絲繩和油抽子等掉入井下 ,需要 進行打撈修井作業 ,損失巨大 。所以設計撈油車剎車機構時 ,通常設計 2 套剎車機構 ,一套是帶有油助 力的手剎車機構 ,用于正常提撈作業 ;另一套是通過氣缸作用的氣剎車機構 ,作為緊急剎車機構 。從安齒輪傳動進行減速 ,使斷軸取力分動箱的作業輸出端轉速降低 ,扭矩增大 ,實現撈油車傳動系統的第 1次降速增矩 。d)帶泵功能可以用斷軸取力分動箱中的齒輪軸 ,直接帶動液壓泵工作 ,為撈油車液壓系統提供液壓源 。2 . 2 . 3 角傳動箱角傳動箱可改變傳動方向和降速增矩 。斷軸取 力分動箱的上輸出端 ,即作業動力輸出端 ,通過傳動許原春 ,等 :移動式采油設備概論11 全可靠的角度考慮 ,應急剎車的合理結構型式應為斷氣剎車型式 。2 . 2 . 5 撈油車井架撈油車井架可通過天車滑輪導引鋼絲繩 ,并改 變鋼絲繩的運動方向 ,承受提撈載荷 ,同時還作為撈油車與井口對正的基準 。前置式撈油車的井架通常做成桅桿形式 ,為了 方便對中井口和懸掛油抽子 、加重桿等井下工具 ,井 架應具有伸縮功能和揚放功能 。其伸縮功能主要是 為了方便對中井口 ,所以前置式撈油車井架通常做 成 2 節伸縮式 ,同時也彌補了井架短的不足 ,從而改 善了滾筒的排繩狀況 。其揚放功能主要是方便將油 抽子和加重桿懸掛在鋼絲繩上 ,然后一起放入撈油 井口內 。前置式撈油車在井架天車頭部有 2 個支撐桿 , 支撐桿的長度可以通過其正反向絲杠來調節 ,以適 應撈油作業時不同的井口高度 。支撐桿直接作用在 井口上 ,承受撈油作業載荷 ,同時壓緊井口 ,防止原 油泄漏 。2 . 2 . 6 撈油車排繩系統鋼絲繩主要用于聯接撈油滾筒和撈油井下工 具 。目前國內撈油車滾筒容繩量分為 1 500 、2 000 、2 300 、2 500 m 4 個等級 ,大多采用直徑為 16 mm的光面左旋鋼絲繩 。要達到鋼絲繩在撈油滾筒上均 勻排布 ,必須有良好的排繩系統 。撈油車排繩通常采用以下幾種方式 :速度移動 ,當鋼絲繩排到滾筒邊緣時 ,用手動方法改變絲杠的轉動方向 ,從而帶動螺母反向移動 ,進行反 向排繩 ,達到排繩整齊的目的 。缺點是換向時仍需有人操作 。d)自動排繩自動排繩目前已發展為 4 種方式 ,第 1 種是在半自動排繩的基礎上 ,采用機械撥桿換向方法 ,在排繩至滾筒兩側時自動換向 ,實現自動 排繩 ;第 2 種是用撞塊或觸頭控制換向氣閥 ,用氣缸 帶動換向機構 ;第 3 種是采用行程開關和電磁元件 控制換向機構 ;第 4 種是采用來復正反螺桿形式 ,滑 塊在正反螺旋槽的帶動下 ,帶動擋繩輥以與滾筒軸 相同的速度自動往復排繩 。半自動排繩和自動排繩都是從滾筒軸或滾筒上 切換動力 ,通過傳動設計和計算 ,使螺母或滑塊的移動速度與鋼絲繩在滾筒上的軸向纏繞速度相等 ,從 而使鋼絲繩在滾筒上均勻排布 。2 . 2 . 7 液壓系統液壓系統工作原理如圖 2 ,主要由液壓泵 、壓力 控制閥 、方向控制閥 、井架伸縮液缸 、井架起升液缸 、輔助千斤 、剎車助力缸 、油箱及液壓管線組成 。液壓 泵由分動箱帶動 ,為液壓系統提供液壓源 ;壓力控制閥用來控制液壓系統的工作壓力 ; 方向控制閥用來 控制伸縮液缸 、起升液缸和輔助千斤各執行元件的 動作 ;伸縮液缸用來實現井架的伸縮功能 ;起升液缸用來實現井架的揚放功能 ; 輔助千斤用于調平汽車 底盤 ;剎車助力缸用來減輕剎把操縱力 ;油箱用于貯 油和散發液壓油的熱量 。2 . 2 . 8 氣路系統氣路系統工作原理如圖 3 ,主要由氣處理元件 、 剎車氣缸 、氣控截止閥 、快速排氣閥 、導氣龍頭 、手動 換向閥和氣路管線組成 。撈油車氣源取自汽車底盤儲氣筒 ,經過氣處理元件后向各氣閥和執行元件供氣 。導氣龍頭向滾筒離合器供氣 ,控制滾筒離合器 的離合 。控制閥件包括手動換向閥 、氣控截止閥和快速排氣閥 。手動換向閥有 3 個控制位置 ,一個位置是控制氣控截止閥向導氣龍頭供氣 ; 中位無控制 作用 ;另一個位置直接向剎車氣缸供氣 。2 . 2 . 9 電氣系統電氣系統有 2 種功能 ,一是為車上夜間照明 ;二 是為顯示撈油作業參數 。主要由電源開關 、照明燈 、 深度參數傳感器 、載荷參數傳感器 、深度顯示儀和載 荷顯示儀等組成 。深度和載荷顯示儀具有計深 、指重和測速功能 ,同時具有超速報警和接近井口報警功能 。深度傳感器和載荷傳感器安裝在井架天車部位 。a)自然排繩自然排繩是不對鋼絲繩施加外界橫向力 ,鋼絲繩隨 滾筒 旋 轉在 滾筒 上 自動 排繩 。這種排繩方法受排繩角的限制 ,一般情況下排繩角 度應小于 1 . 5, 超過 1 . 5就會產生亂繩現象 , 排繩層數越多 ,亂繩現象越嚴重 。不推薦減小滾筒排繩角 ,若要減小滾筒排繩角 ,必須減小滾筒寬度 ,但為 了保證容繩量就要加大滾筒直徑 ,這會影響滾筒受力狀況 。另外 ,還必須增大井架高度或長度 ,而井架高度或長度會影響載車重心和整車布局 。b)手動排繩手動排繩是將擋繩輥安裝在固定的滑桿上 ,用方向盤帶動小鏈輪 ,通過鏈條傳動帶動滑桿上的擋繩輥來回移動 ,強制鋼絲繩在滾筒上 正反向均勻排布 。這種方式的缺點是需有專人進行 排繩操作 ,并要有排繩操作室 ,增加了撈油作業人員 的數量 ,且勞動強度大 。其優點是排繩可靠 。c)半自動排繩這種排繩方式是通過絲杠的轉動 ,帶動絲杠上的螺母橫向移動 ,通過固定在螺母上的擋繩輥或滑輪帶動鋼絲繩以與滾筒排繩同步的12 oil field equipment2005 vol . 344圖 2液壓系統原理圖 3氣路系統原理2 . 2 . 10 撈油操作室前置式撈油車用汽車底盤駕駛室作為撈油操作 室 ,后置式撈油車在車上專門設置撈油操作室 。操 作室內有撈油作業顯示儀 、液壓控制系統 、氣路控制 系統和剎車控制系統等核心操作部件 。操作人員在 操作室內能觀察到井口的全部情況 ,并控制鋼絲繩 的起下速度 ,完成各控制閥的操作 。操作室內安裝 的深度顯示儀和載荷顯示儀 ,顯示井下撈油工具的 下井深度及鋼絲繩懸重變化等情況 。中凝固 ,不利于油液排放 。3 . 1 井口裝置目前 ,撈油車井口裝置型式多樣 ,由于地域 、區 塊和使用習慣等差異 ,對井口裝置功能和型式要求也不相同 。有的撈油井口只有套管外螺紋 ; 有的套管上有套管接箍內螺紋 ;有的井口帶有井口法蘭 ,井 口法蘭有 250 、150 mm 2 種規格 。配置撈油作業 井口裝置要根據井口實際狀況 ,并結合操作人員的操作習慣 (如圖 4) 。a)密封刮油功能油抽子帶著原油進入井口3油罐車及配套裝置裝置油腔體內 ,要有一定的壓力才能將原油輸送到油罐車內 ,鋼絲繩要不斷地經過油腔體 ,為了防止原 油從鋼絲繩通道泄漏 ,在鋼絲繩經過的孔與鋼絲繩之間不但有密封裝置 ,還能同時刮去殘留在鋼絲繩上的原油 。鋼絲繩密封刮油機構有 2 種形式 ,一種 是手動壓緊橡膠密封件形式 ; 另一種是液壓壓緊橡3 . 1油罐車油罐車是裝運撈油車抽出原油的專用設備 ,與 普通罐車基本相同 ,所不同的是油罐車罐體外部要有保溫層 ,并且外層表面顏色多為黑色 ,可以較多地 吸收外部熱量 ,增加保溫效果 ,防止油液在運輸過程許原春 ,等 :移動式采油設備概論13 膠密封件形式 。成鋼絲繩損壞或卡井事故 。1 加重桿 ;2 快速接頭 ;3 油抽子總成 ;4 旋轉接頭 ;5 鋼絲繩接頭 圖 5 井下工具總成1 井口閘板閥 ;2 活動接頭 ;3 油壬接頭 ;4 放油蝶閥 ;5 油腔體 ;6 半封器 ;7 偏轉接頭 ;8 液壓刮油器 圖 4 井口裝置結構c)油抽子油抽子是井下工具的核心 ,其作b)油腔體的輸油和泄油功能原油進入油腔用是在鋼絲繩的帶動下將油液提升到井口總成 ,并通過上提時產生向上的壓力 ,將油液壓入到油罐車 。 油抽子的外徑與撈油井口的內徑要有適宜的間隙 , 間隙小則油抽子下放困難 ,間隙大泄漏量又會增大 。油抽子有 2 種形式 ,一種是用于稠油撈油作業的分 瓣滑塊抽子 ;另一種是用于稀油撈油作業的皮碗閥 抽子 。按尺寸規格又分為 139 . 7 mm ( 5 英寸) 套 管抽子 、177 . 8 mm ( 7 英寸) 套管抽子和油管抽子 。 油抽子具有安全卸載功能 ,即 ,提升油液質量超過安全限定質量時 ,所提升的油液能部分或全部流回井 內 ,對鋼絲繩和撈油車進行過載保護 。分瓣滑塊油 抽子采用安全銷釘方式進行過載保護 ,當提升油液 質量超過限定質 量 時 , 銷釘 剪斷 , 分 瓣滑 塊 相互 錯 位 ,原油全部流回井內 ,達到完全卸載 。皮碗閥油抽子是利用油抽子內部的安全彈簧完成卸載 ,當提升 油液質量超過限定質量時 ,油液重力對鋼球產生的 壓力壓縮安全彈簧 ,并使鋼球向下運動 ,鋼球下降到 泄油口以下時 ,油抽子以上部分的油液通過泄油口 流回井內 。當提升油液質量小于限定質量時 ,鋼球在彈簧的作用下上升 ,回到泄油口以上 ,油液不能通 過泄油口泄漏 ,這種卸載屬于部分卸載 。體內后 ,有向油罐車輸油的通道 ,輸油通道的通徑不能小于 80 mm ,如果通徑過小 ,油抽子提出來的油 液將在油腔體內產生較大的壓力 ,影響井口裝置的 密封性能 。油抽子 可以 進入 油 腔體 內輸 油通 道 以 上 ,油腔體的內徑與油抽子外徑之間有一定的間隙 ,保證油抽子進入油腔體內后 ,油抽子以上部分的原 油可以流回井內 。同時輸油通道內的原油在重力和井內負壓的作用下流回井內 ,防止原油污染井口和 地面 。c)防噴功能為防止在撈油作業時會產生氣噴和井噴 ,在油腔體輸油出口處裝有截止閥 ,在油腔體上部安裝有鋼絲繩防噴機構 。在有些井內氣壓特 別大的區塊 ,或在撈油作業時會出現井噴的油井 ,配置井口裝置時 ,在井口與油腔體之間加裝了閘板式 防噴閥 ,以便出現上述情況時撈油車能離開現場 。d)防偏磨功能由于鋼絲繩與井口中心對正總存在誤差 ,造成密封刮油機構偏磨 ,降低了密封件與鋼絲繩的使用壽命 ,所以井口裝置具有防偏磨功 能 。防偏磨機構有 2 種 ,一種是利用活動球頭 ,可隨鋼絲繩偏轉 ;另一種是在密封刮油機構上方增加導 輪 ,變滑動摩擦為滾動摩擦 ,減小摩擦因數 ,同時改 變鋼絲繩的運動方向 ,使在密封刮油機構中通過的 鋼絲繩基本與密封件同心 。對于井口裝置的上述功能 ,可根據地域 、區塊及 用戶要求進行選擇性配置 。d)快速接頭快速接頭是井下工具之間的聯接件 ,它可以將井下工具各部分方便快速地組裝在一起 ,節省聯接時間 ,減輕勞動強度 。e)加重桿加重桿可以加大油抽子的下放重力 ,提高下放速度 ,同時還可以穿破液面的死油蓋 ,使油抽子可以下放到液面以下 。井下工具4井下工具主要由鋼絲繩接頭 、旋轉接頭 、油抽子總成 、快速接頭和加重桿組成 (如圖 5) 。輸油膠管5在油罐車和撈油井口裝置之間還應配備輸油膠管 ,膠管通徑通常為 80 mm 或 100 mm ,膠管與井 口裝置的聯接采用油壬接頭 ,既方便拆裝 ,又可以對 聯接處起密封作用 。a)鋼絲繩接頭用來卡死鋼絲繩和聯接其他井下工具 。b)旋轉接頭當鋼絲繩上有扭力作用時 ,旋轉接頭可以隨扭力方向旋轉 , 防止鋼絲繩打扭而造2005 年 第 34 卷 第 4 期 第 14 頁石 油 礦 場 機 械oil field equipment2005 , 34( 4) :1416文章編號 : 100123482 ( 2005) 0420014203長種程鏈式液壓抽油機的研究邵芝梅 ,牛曙光(黑龍江科技學院 機械系 ,黑龍江 哈爾濱 150027)摘要 :針對國內中后期油田高含水和稠油等特殊油藏開采需要 ,通過對機械驅動抽油機存在平衡機構和換向機構故障率較高等問題及液壓驅動的優點分析 ,說明了鏈式液壓抽油機所要解決的主要問題 ,雙重力平衡機構 ,上快下 慢 ,液壓增程 。并介紹了工作原理 ,對液壓沖擊 、噪聲等問題進行理論動態特性分析 。關鍵詞 : 液壓抽油機 ;直線往復 ;平衡 ;液壓沖擊中圖分類號 : t e933 . 202文獻標識碼 : athe study of long stroke pumping un it with hydra ul ic2cha in drives ha o zhi2mei , n iu sh u2gua ng( de p a rt me nt o f m ec ha nics , h ei l on g j i a n g i ns t i t ute o f s cie nce a n d tec h nol o g y , h a rbi n 150027 , chi n a)abstract : a t t he reque st of mi d to lat e p ro ductio n i n hi gh wat er co nt ai n a nd stic ky oil well s ,t he a nal y si s of sho r t a ge of bea m p u mpi ng u nit a nd it s p ha se cha nge a nd t he a nal ysi s of f eat ure s of hydra ulic drive p umpi ng unit have bee n do ne . lt p re se nt s t he mai n ca u se to be sol ved fo r lo ng st ro ke ,hydra ulic a nd chai n drive u nit , i ncl udi ng bala nce a sse mble ,f a st up wa r d a