抽油機

抽油機是開採石油的一種機器設備，俗稱“磕頭機”。抽油機是有桿抽油系統中最主要舉升設備。根據是否有游梁，可分為游梁式抽油機和無游梁式抽油機。

基本介紹

• 中文名：抽油機
• 外文名：Oil pumping machine
• 用途：開採石油
• 別稱：磕頭機
• 類別：石油開採設備
• 學科：石油工程
• 分類：游梁式抽油機、無游梁式抽油機

游梁式

游梁式抽油機的基本特點是結構簡單，製造容易，使用方便，特別是它可以長期在油田全天候運轉，使用可靠。因此，儘管它存在驢頭懸點運動的加速度較大、平衡效果較差、效率較低、在長衝程時體積較大和笨重等缺點，但仍然是目前套用最廣泛的抽油機。

工作原理

游梁式抽油機的工作原理是：由動力機供給動力，經減速器將動力機的高速轉動變為抽油機曲柄的低速轉動，並由曲柄—連桿—游梁機構將旋轉運動變為抽油機驢頭的上、下往復運動，經懸繩器總成帶動深井泵工作。
游梁式抽油機的主要部件有：提供動力的動力機；傳遞動力並降低速度的減速器；傳遞動力並將旋轉運動變成往復運動的四桿機構（曲柄、連桿、游梁、支架及橫樑和底座）；傳遞動力並保證光桿做往復直線運動的驢頭及懸繩器總成；使抽油機能停留在任意位置的剎車裝置以及為使動力機能在一個較小的負載變化範圍內工作的平衡裝置等。

分類

游梁式抽油機根據平衡方式不同可分為：游梁平衡型、曲柄平衡型、複合平衡型、氣動平衡型。

游梁式抽油機根據結構型式不同可分為不同抽油機。

常規型游梁式抽油機：驢頭和曲柄連桿機構分別位於支架前後，平衡角為零的游梁式抽油機。

前置型游梁式抽油機：驢頭和曲柄連桿機構均位於支架前面的游梁式抽油機。

異相型游梁式抽油機：驢頭和曲柄連桿機構分別位於支架前後，平衡角不為零的游梁式抽油機。

雙驢頭型游梁式抽油機：懸掛光桿的驢頭和曲柄連桿機構分別位於支架前後，在一衝程過程中，後臂長度和連桿長度不為常數的游梁式抽油機。

無游梁式

為改善抽油機的運動性能，提高節能效果，減少整機重量和占地面積，近年在油田現場套用的無游梁式抽油機主要有鏈條抽油機和鋼繩抽油機。

鏈條抽油機

在結構原理上，它不同於游梁式抽油機在於它運用的是曲柄滑塊機構。工作原理是由動力機供給動力，經減速器將動力機的高速轉動變為鏈條的低速轉動，並由特殊鏈節及主軸銷—滑塊機構將旋轉運動變為抽油機往返架的上、下往復運動，經繞過天車輪的懸繩器總成帶動深井泵工作。

主要由動力傳動系統、換向系統、平衡系統、懸重系統及機架底座等組成。鏈條抽油機具有結構緊湊、平衡調節方便、衝程長等顯著優點，特別適用於在大型機及海洋採油平台或叢式井採油上套用。但因運動件多、管理難度大、可靠性低等缺點影響了其現場套用與發展。雖然為提高可靠性，在用特製平膠帶代替懸重鋼絲繩、增加主鏈條改善受力狀況及改變平衡方式等方面做了一些改進，但在現場的套用仍因壽命較短而逐漸減少。

鋼繩抽油機

外型上類似於鏈條抽油機，其原理結構不同在於它是通過控制系統直接控制電動機帶動滾筒正反轉動，經繞過滾筒的懸繩器總成帶動深井泵工作。也因電器系統的長期可靠性問題等原因未能得到廣泛套用。其它無游梁式抽油機如液壓抽油機、曲柄連桿式抽油機也有試用。

技術參數

抽油機的主要技術參數包括額定懸點載荷，光桿最大衝程，減速器額定扭矩及最高沖次等，其定義和數字在標準中都已規範。
額定懸點載荷：懸繩器掛光桿處承受的光桿拉力的額定值，kN。它主要決定了抽油機的工作能力，影響可下井抽油泵的泵徑與泵深。
光桿最大衝程：調整抽油機衝程調節機構，使光桿能獲得的最大位移，m;它主要決定了抽油機的基本尺寸與重量，影響油井的產量。
最高沖次：動力機輸出軸上裝設計允許的最大直徑膠帶輪時，或減速器輸入軸上裝設計允許的最小直徑膠帶輪時，抽油機所獲得的沖次，它主要關係著抽油機功率的配備，與最高沖次一樣影響油井的產量。
減速器額定扭矩：減速器輸出軸允許的最大扭矩，kN.m；它主要決定了減速器的尺寸與重量，它與上述三個參數間存在一定關係，關係著抽油機功率的配備，影響油井工況的選用。

操作規程

啟動前的檢查與準備

1、檢查重要部位是否完好（如地腳螺栓、剎車、游梁式抽油機的曲柄銷等部位有無缺損與鬆動）。

2、檢查減速箱油是否適量（如非長期停用，可通過觀察是否有漏油或盜油現象來初步判斷）。

3、檢查是否無妨礙運轉的物體。

4、檢查油井流程是否正確與暢通。

5、檢查供電系統是否正常（重點檢查各種保護及接地裝置是否良好，如有轉換開關的應在手動位置，合上電源總開關，檢查電壓是否在額定值的-5%～+10%內）。

啟動操作

1、摘除剎車安全鎖塊，鬆開剎車（注意剎瓦是否完全鬆開）。
2、待抽油機靜止後，點動手動啟停按鈕（站在配電控制櫃側面，雨雪季節應戴絕緣手套），觀察有無異常情況並及時排除（如啟不動、皮帶打滑、有異響異味等）。

3、如有轉換開關應扳向正常位置後，按啟動按鈕（如一次不能啟動時，應利用慣性，作2－3次啟動。如仍啟不動時，應進行檢查，問題排除後再重新啟動抽油機）。

啟動後的檢查工作

1、檢查有無異響。2、檢查有無異味。3、檢查有無異色。4、檢查有無振動。5、檢查有無漏油。6、檢查有無超載。

停機操作

1、當抽油機運轉在所需要的位置時，按停止按鈕。

2、緩慢剎緊剎車，使抽油機停止在所需要的位置上（當油井氣量大時，則應停在下死點；當含砂量大時，則應停止在上死點。維修時，應停在方便工作的位置）。

3、掛上剎車安全鎖塊。

4、如有轉換開關應扳向手動位置，關閉電源總開關

節電技術

抽油機其實和我們平時家裡自己打的水井抽水的原理一樣，也是通過一個活塞拉桿（抽油桿）的抽汲作用把油抽上來，然後通過地下埋的管道送走。唯一不同的地方就是這個拉桿的動作是通過一個電機來帶動的。

抽油機目前國內有很多種形式，一般常見的就是電視上看到的那種帶有一個大大的扇形鐵塊那種，來回運動，形象地成為“磕頭機”。也有直線電機帶動的，體積小，據說節能效果好些，但是成本比較高。

抽油機這樣的外形設計不是為了節能，而是從減少對電網影響的角度來考慮的，因為我們知道當抽油桿下落是，電機是不做功的，相反還有電能回饋電網，油田的抽油機比較多，這些回饋的電能使電網產生了嚴重的畸變，所以現在有的抽油機就帶了回饋制動或者回饋逆變等多種處理方式。

抽油機的節電技術主要有兩大類:一是開發不同類型的抽油機節能電機，如超高轉差率電動機、三相永磁同步電機、高啟動轉矩雙定子結構電機和電磁調速電機等。但由於資金投入太大，在許多油田用節能電機取代普通異步電機尚無法全面推廣。二是使用節能配電箱，採用改變定子繞組的接法可以改變電機電壓，但電機只能得到固定電壓，節電效果並不理想。

抽油機的節電技術採用變頻調速控制，則可以改變抽油機長期處於低效做功的狀態，使其工作方式與油井實際負荷相匹配，保證每次都抽油，減少低效甚至無效抽取，從而降低電費開支，減少維護成本，提高運行效率。效果如下：

（1）變頻器具有軟起動功能起動時電流較小，對電網衝擊小，起動時能耗大為降低。避免了啟動時的相當於3～7倍的額定電流，避免了不必要的電能損耗。同時減少了對電動機，變速箱，抽油機等大機械的衝擊，延長了相關設備的使用壽命。在工作中電機的功率因數可從0.2～0.5提高到0.9，減輕電網和變壓器的負擔，降低線損，大量減少了無功損耗。

（2）引進變頻器控制可實現設備上，下行程自動識別從而控制石油抽油機上、下行程的電機運行頻率分別可調，以改變抽油機上、下行程的運行速度。解決了因更換皮帶輪調速造成的停產，從而提高了生產效率。同時達到滿足泵效的情況下耗用最少的電能。

（3）由於抽油機下行時負載性質為位勢負載，變頻器加裝能耗制動功能後恰能適應其工況。對於改變抽油機轉速調節最佳工作狀態帶來很大方便。降低漏失，提高泵效。

塔架式數控

塔架式數控抽油機屬於“長衝程、低沖次”機電一體化的抽油機，是現代機械製造技術、控制技術、功率電子技術與機電一體化技術集成創新的完美結合它採取控制系統驅動電機運行，通過組合減速傳動使抽油機的動力源和終端負載作換向運動，拖動抽油桿上下反覆運行，抽油桿和配重形成了天平式的平衡，相互不斷地交換儲存和釋放勢能的過程，實現了運行時的平衡，使機械效率達到90%以上，無功損耗接近於零，起到了四兩撥千斤的效果，與常規抽油機相比節能效果達到30~70%，解決了常規抽油機機械效率低、難以實現長衝程和高耗能的難題。

塔架式數控抽油機的主要特點是：

1. 採用牢固耐用的組合減速傳動系統，結合工業電腦數位化控制的永磁同步制動電機技術，實現了柔性啟動、加速、減速、超低速運行，避免了抽油機在換向啟動時的機械衝擊，做到了抽油機只保養無大修，延長了抽油機的使用壽命。

2. 採用簡練機身，最大限度的利用空間位置，突破了常規抽油機最大衝程和最低沖次的局限，最大衝程可達8米、最低沖次0.5次。擴大了抽油機的使用範圍，擴展了抽油機的使用範圍，特別適合中高含水期大排量、深井、稠油井的重載強抽；延長了抽油桿、抽油泵的使用壽命，適合了當今大排量、低滲透、稠油井、深井的不同開採的需要。

3. 運用變頻調速和程式自動控制技術，變傳統機械式抽油為現代智慧型化採油，運行效率高、能耗少、使用可靠，一舉將傳統的機械採油裝備帶入了電子時代。採用無線遙控操作，液晶屏數字顯示，清晰可見，調整參數（衝程、沖次）簡便易行，無級分別調整上下衝程的沖次。可根據井下工況隨時改變參數，達到最大泵效及工藝的要求。

大慶油田現場

4. 獨特的配重設計，能輕鬆、迅速地完成調整平衡的作業。

5. 可靠的安全保障，運行時運動件與人隔離；操作機器與高壓電隔離；調平衡時配重塊落地調整安全無憂，電腦全方位監控抽油機運行，具有過載、失載、缺相等多種保護功能並有自動起機、不平衡報警、停機、顯示故障原因、歷史故障記錄等保護功能。

6. 牢固耐用使用方便。抽油機裝卸載、調防沖距上提下掛、碰泵等不用輔助設備即可完成。

主要類型

目前，世界各國仍然大面積的套用游梁式抽油機，美國生產游梁式抽油機的廠家有十幾家，品種、型號繁多，此外，英國、法國、前蘇聯、羅馬尼亞等國均有生產多種抽油機的廠家。

美國API Spec11E《抽油機規範》中規定，抽油機共有77種規格，懸點最大載荷為9~214 kN，衝程長度0.4~7.6 m。Lufkin公司是美國生產抽油機最早和最大的公司，在1923年生產了美國第一台游梁抽油機，1931年率先研製了兩塊平衡重的曲柄平衡抽油機，1959年研製了前置式抽油機，也是最早生產前置式氣平衡抽油機的一家公司。目前，Lufkin公司生產B、C、M、A等4種系列抽油機，B系列游梁平衡抽油機有8種規格，懸點最大載荷24～49.4 kN，衝程長度0.6~1.21 m。C系列曲柄平衡抽油機有64種規格，懸點最大載荷24~165.5 kN，衝程長度0.76~4.2 m。M系列前置式抽油機有46種規格，懸點最大載荷64.86~193.68 kN，衝程長度1.62~5.68 m。A系列前置式氣平衡抽油機有26種規格，懸點最大載荷78.47~213.1 kN，衝程長度1.62~6.09 m。

俄羅斯生產13種規格游梁抽油機，懸點最大載荷20~200 kN，衝程長度0.6~6 m。還生產20種規格曲柄搖臂式抽油機，懸點最大載荷10~200 kN，衝程長度0.4~6 m。還生產06M型、液壓驅動型、平衡液缸型等無游梁抽油機，懸點最大載荷150 kN，最大衝程長度10 m。

法國Mape公司生產了12種規格曲柄平衡游梁抽油機，懸點最大載荷160 kN，最大衝程長度4.2 m。還生產H系列長衝程液壓驅動抽油機，懸點最大載荷199 kN，最大衝程長度10 m，最大沖次5 min-1。此外，Mape公司還生產立式斜井抽油機和液缸型抽油機，兩種抽油機均已形成系列。

加拿大生產的液、電、氣組合一體式HEP抽油機，懸點最大載荷72~103.9 kN，衝程長度1.63~4.27 m，具有較好的使用性能。

羅馬尼亞按美國API標準生產了51種規格游梁抽油機，懸點最大載荷194 kN，最大衝程長度4.8 m。還生產35種規格前置式抽油機，懸點最大載荷194 kN，最大衝程長度5.4 m，配用7種規格減速器，最大扭矩105.1 kN·m。此外，羅馬尼亞還生產前置式氣平衡抽油機，懸點最大載荷152 kN，最大衝程長度4.2 m。

國內抽油機製造廠有數十家，產品類型已多樣化，但游梁式抽油機仍處於主導地位。根據公開發表的資料統計，我國現有6大類共45種新型抽油機，並且每年約有30種新型抽油機專利，十多種新試製抽油機，已形成了系列，基本滿足了陸地油田開採的需要。

根據市場供求信息，2007年，大慶油田裝備製造集團研製成功新型抽油機——DCYJY-3-53HB抽油機。同時為滿足大慶油田建設需要，這個集團還開展了DCYJY10-3-37HB和DCYJY-2.5-26HB低沖次抽油機的系列研發工作，並計畫系列開發雙驢頭低沖次抽油機。