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[摘 要]为使油井尽量保持合理沉没度范围，以理论计算和长冲程慢沖次节能效果评价为基础，经现场验证，提出了充分利用冲程及0.5次精确冲次调整方法；同时，对于地面参数已调至最小的抽油机井，设计了一种二级减速装置。
[关键词]抽油机；参数调整；二级减速装置
中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0021-01
1 不合理沉没度对抽油机井生产影响的分析
1.1 沉没度过低的影响
如果油井的沉没度过低，泵在供液不足的状况下抽汲时，可产生液击现象，并导致额外的冲击载荷。液体的冲击载荷与泵径的关系很大，泵径越大冲击载荷越大，液击使杆管最大载荷与最小载荷的差值增大，螺旋扭矩也越大，杆、管断脱的可能性越大。 油井长期在低沉没度状态下连续工作，原油脱气，原油粘度增大，并容易造成结蜡。活塞受泵内液体的摩阻和上部杆柱在结蜡点的阻力作用发生弯曲，加速了杆柱的螺旋扭曲。
抽油杆运动时与油管接触产生偏磨，这种磨损不仅伤害抽油杆接箍，也严重损坏油管。沉没度太低，生产压差大，地层容易出砂，当泵进行抽汲的时候，沉没度偏低，当泵来回抽汲时，液体产生涡流而使从地层出来的砂砾悬浮在泵底吸入口，容易被活塞抽到泵筒里而卡泵。实际生产中，抽油杆柱与油管柱都不是理想的刚性体，均存在弯曲变形。在垂直悬挂条件下，全井管柱的弯曲变形将使柱塞与泵筒之间难以保持轴向同心。因此，泵内柱塞在运动中，泵筒对柱塞的横向制约将导致泵筒带动油管柱径向摆动。油井沉没度小，油套环形空间内的液体就少，对油管的径向束缚力就小，油管的径向摆动就会相对剧烈，易引起杆、管断脱。
1.2 沉没度过高的影响
沉没度越高，油井的流压越大，当超过了合理界限后，相对一些薄差油层由于渗透率低或者地层压力低，压制该层不出液，使该井的产液层层间矛盾突出。而且，当沉没度超过合理的沉没度后，油井的产量不再增加，系统效率下降，综上所述有必要控制抽油机井的合理沉没度。
2 曲线拟合法确定合理沉没度
为确定抽油机井合理沉没度范围，以某油田为例统计234口井数据，利用曲线拟合法确定了葡萄花油田合理沉没度范围。根据统计数据分析，发现泵效与沉没度的关系符合指数函数的曲线形态，根据某油田统计数据，发现在相同的沉没度下，泵效随含水的变化而变化，因此，根据油井产出液含水的不同进行分类，分别对含水大于80%的井和小于80%的井进行统计，拟合计算，得出来的结果分别为：当含水大于80%时，泵效在沉没度小于300m的范围内随沉没度的增大而增大，并且当沉没度等于200m时泵效达到60%以上，但是当沉没度大于300m时泵效随沉没度变化的幅度变小。说明，当含水大于80%时，保持200～300m的沉没度较合理。同样，当含水小于80%时，沉没度范围为300～400m。
3 地面参数调整技术研究
在合理沉没度确定以后，为保持其在合理范围内，需对地面参数进行调整。而以往地面调参仅限于4、6、9、12等固定带轮，造成频繁、反复调参，而部分井4次仍供液不足，只能间抽，对泵寿命有较大的影响，对此，进行了精细参数和二级减速技术的研究以及长冲程、慢冲次的效果评价。
3.1 精确调整冲次方法研究
3.1.1 精确调整冲次皮带轮直径确定方法
根据皮带传动的计算公式以及减速箱传动原理得出公式：
冲次=电机带轮外直径×电机转速/减速箱皮带轮直径×传动比
根据抽油机现有的冲次，对（7）式进行简化，得出：
预调冲次=电机带轮外直径×原冲次/原电机带轮外直径
3.1.2 应用可调皮带轮
可调式低冲次皮带轮由锥形体、四块扇型轮片及调参环组成，在应用中可根据实际需要加工不同直径的调参环，四块扇型轮片在锥形体上左右滑动可实现对冲次的精确调整。其优点是在设计可调整范围内实现对冲次的任意调整，设计的特殊凹槽在低冲次时具有防滑作用，调参时只需更换不同直径的調参环、移动轮片，具有节省人力物力、调整方便等特点，参数调整范围3～6次/min。目前，已应用3口井，泵效提高10.6%，系统效率提高1.06%。
3.1.3 二级减速装置的应用
为解决皮带包角不能无限缩小，可调式低冲次皮带轮最小冲次只能达到3次/min的问题，又研制了二级减速装置，该装置主要由底座、输入轮、输出轮、传动轴、轴承部件组成，其工作原理是输入轮和输出轮安装在传动轴上，传动轴通过两个轴承固定在底座上，传动时电机带动大轮，大轮通过传动轴带动小轮做相同角速度的转动，由于两轮的半径差异使得两轮的线速度不一样，从而实现了减速调参的作用，调参范围为1～4次/min。
3.2 长冲程慢冲次相结合节能效果评价
抽油机在不同抽汲参数下工作时，抽油机悬点所承受的载荷也不一样，悬点最大载荷、最小载荷计可以看出，随着抽汲参数的增大，抽油机悬点最大载荷增加，最小载荷降低，交变载荷增加，但是随着冲次的增加，载荷是以平方的形式增加和降低，因此冲次增大对杆的损伤越大。随着冲次的增加，上冲程时，悬点载荷增大，增加抽油杆的伸长量，使抽油杆疲劳程度加大；下冲程时，悬点载荷降低，下行阻力增大，抽油杆的收缩量增加，抽油杆弯曲程度增加，易产生杆管偏磨；冲次越大，抽油杆柱循环应力次数越多，抽油杆易发生疲劳破坏，当抽油杆最大应力值超过允许应力值时，开始形成裂纹，裂纹在反复交变应力作用下发生扩展，最终导致抽油杆断。抽油机在长冲程、低冲次下运行，随着冲次降低，最小载荷上升，下行阻力减少，抽油杆收缩量减少，有效冲程增加，增加泵排量；冲次降低，可增加油层液体向泵筒内流动时间，泵筒充满程度增加，提高油井的泵效，增加油井的产量，进而提高油井的系统效率。水力模型试验表明：对于同一有效扬程，抽汲参数不同，抽油机系统效率不同，而且差别很大；同一冲程下，系统效率随冲次的增加而降低。
4 结论
（1）在确保产液、产油稳定的同时保持合理的沉没度，可以提高单井的泵效，降低单井日耗电量，提高系统效率，减少生产成本投入。
（2）可利用曲线拟合法确定合理沉没度，再跟据计算进一步确定合理地面参数。
（3）二级减速装置可减少换泵作业费用，使原来供液不足而不能再调小参数的井在不动管柱的情况下通过地面参数调整得到正常工作。
（4）长冲程、慢冲次可改善抽油杆受力状况，减少抽油杆断裂几率，提高系统效率、降低能耗。
参考文献
[1] 李小龙.玻璃钢抽油杆使用中的配套问题[J].石油机械，1994：25-28.
[2] 刘蜀知，孙艾茵，黄炳光，等.水侵气藏水侵量与地层压力预测方法研究[J].石油勘探与开发，1999：79-81.
作者简介
刘坤（1989-）男，吉林松原人，大专，主要从事油测试工作。
[关键词]抽油机；参数调整；二级减速装置
中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0021-01
1 不合理沉没度对抽油机井生产影响的分析
1.1 沉没度过低的影响
如果油井的沉没度过低，泵在供液不足的状况下抽汲时，可产生液击现象，并导致额外的冲击载荷。液体的冲击载荷与泵径的关系很大，泵径越大冲击载荷越大，液击使杆管最大载荷与最小载荷的差值增大，螺旋扭矩也越大，杆、管断脱的可能性越大。 油井长期在低沉没度状态下连续工作，原油脱气，原油粘度增大，并容易造成结蜡。活塞受泵内液体的摩阻和上部杆柱在结蜡点的阻力作用发生弯曲，加速了杆柱的螺旋扭曲。
抽油杆运动时与油管接触产生偏磨，这种磨损不仅伤害抽油杆接箍，也严重损坏油管。沉没度太低，生产压差大，地层容易出砂，当泵进行抽汲的时候，沉没度偏低，当泵来回抽汲时，液体产生涡流而使从地层出来的砂砾悬浮在泵底吸入口，容易被活塞抽到泵筒里而卡泵。实际生产中，抽油杆柱与油管柱都不是理想的刚性体，均存在弯曲变形。在垂直悬挂条件下，全井管柱的弯曲变形将使柱塞与泵筒之间难以保持轴向同心。因此，泵内柱塞在运动中，泵筒对柱塞的横向制约将导致泵筒带动油管柱径向摆动。油井沉没度小，油套环形空间内的液体就少，对油管的径向束缚力就小，油管的径向摆动就会相对剧烈，易引起杆、管断脱。
1.2 沉没度过高的影响
沉没度越高，油井的流压越大，当超过了合理界限后，相对一些薄差油层由于渗透率低或者地层压力低，压制该层不出液，使该井的产液层层间矛盾突出。而且，当沉没度超过合理的沉没度后，油井的产量不再增加，系统效率下降，综上所述有必要控制抽油机井的合理沉没度。
2 曲线拟合法确定合理沉没度
为确定抽油机井合理沉没度范围，以某油田为例统计234口井数据，利用曲线拟合法确定了葡萄花油田合理沉没度范围。根据统计数据分析，发现泵效与沉没度的关系符合指数函数的曲线形态，根据某油田统计数据，发现在相同的沉没度下，泵效随含水的变化而变化，因此，根据油井产出液含水的不同进行分类，分别对含水大于80%的井和小于80%的井进行统计，拟合计算，得出来的结果分别为：当含水大于80%时，泵效在沉没度小于300m的范围内随沉没度的增大而增大，并且当沉没度等于200m时泵效达到60%以上，但是当沉没度大于300m时泵效随沉没度变化的幅度变小。说明，当含水大于80%时，保持200～300m的沉没度较合理。同样，当含水小于80%时，沉没度范围为300～400m。
3 地面参数调整技术研究
在合理沉没度确定以后，为保持其在合理范围内，需对地面参数进行调整。而以往地面调参仅限于4、6、9、12等固定带轮，造成频繁、反复调参，而部分井4次仍供液不足，只能间抽，对泵寿命有较大的影响，对此，进行了精细参数和二级减速技术的研究以及长冲程、慢冲次的效果评价。
3.1 精确调整冲次方法研究
3.1.1 精确调整冲次皮带轮直径确定方法
根据皮带传动的计算公式以及减速箱传动原理得出公式：
冲次=电机带轮外直径×电机转速/减速箱皮带轮直径×传动比
根据抽油机现有的冲次，对（7）式进行简化，得出：
预调冲次=电机带轮外直径×原冲次/原电机带轮外直径
3.1.2 应用可调皮带轮
可调式低冲次皮带轮由锥形体、四块扇型轮片及调参环组成，在应用中可根据实际需要加工不同直径的调参环，四块扇型轮片在锥形体上左右滑动可实现对冲次的精确调整。其优点是在设计可调整范围内实现对冲次的任意调整，设计的特殊凹槽在低冲次时具有防滑作用，调参时只需更换不同直径的調参环、移动轮片，具有节省人力物力、调整方便等特点，参数调整范围3～6次/min。目前，已应用3口井，泵效提高10.6%，系统效率提高1.06%。
3.1.3 二级减速装置的应用
为解决皮带包角不能无限缩小，可调式低冲次皮带轮最小冲次只能达到3次/min的问题，又研制了二级减速装置，该装置主要由底座、输入轮、输出轮、传动轴、轴承部件组成，其工作原理是输入轮和输出轮安装在传动轴上，传动轴通过两个轴承固定在底座上，传动时电机带动大轮，大轮通过传动轴带动小轮做相同角速度的转动，由于两轮的半径差异使得两轮的线速度不一样，从而实现了减速调参的作用，调参范围为1～4次/min。
3.2 长冲程慢冲次相结合节能效果评价
抽油机在不同抽汲参数下工作时，抽油机悬点所承受的载荷也不一样，悬点最大载荷、最小载荷计可以看出，随着抽汲参数的增大，抽油机悬点最大载荷增加，最小载荷降低，交变载荷增加，但是随着冲次的增加，载荷是以平方的形式增加和降低，因此冲次增大对杆的损伤越大。随着冲次的增加，上冲程时，悬点载荷增大，增加抽油杆的伸长量，使抽油杆疲劳程度加大；下冲程时，悬点载荷降低，下行阻力增大，抽油杆的收缩量增加，抽油杆弯曲程度增加，易产生杆管偏磨；冲次越大，抽油杆柱循环应力次数越多，抽油杆易发生疲劳破坏，当抽油杆最大应力值超过允许应力值时，开始形成裂纹，裂纹在反复交变应力作用下发生扩展，最终导致抽油杆断。抽油机在长冲程、低冲次下运行，随着冲次降低，最小载荷上升，下行阻力减少，抽油杆收缩量减少，有效冲程增加，增加泵排量；冲次降低，可增加油层液体向泵筒内流动时间，泵筒充满程度增加，提高油井的泵效，增加油井的产量，进而提高油井的系统效率。水力模型试验表明：对于同一有效扬程，抽汲参数不同，抽油机系统效率不同，而且差别很大；同一冲程下，系统效率随冲次的增加而降低。
4 结论
（1）在确保产液、产油稳定的同时保持合理的沉没度，可以提高单井的泵效，降低单井日耗电量，提高系统效率，减少生产成本投入。
（2）可利用曲线拟合法确定合理沉没度，再跟据计算进一步确定合理地面参数。
（3）二级减速装置可减少换泵作业费用，使原来供液不足而不能再调小参数的井在不动管柱的情况下通过地面参数调整得到正常工作。
（4）长冲程、慢冲次可改善抽油杆受力状况，减少抽油杆断裂几率，提高系统效率、降低能耗。
参考文献
[1] 李小龙.玻璃钢抽油杆使用中的配套问题[J].石油机械，1994：25-28.
[2] 刘蜀知，孙艾茵，黄炳光，等.水侵气藏水侵量与地层压力预测方法研究[J].石油勘探与开发，1999：79-81.
作者简介
刘坤（1989-）男，吉林松原人，大专，主要从事油测试工作。