螺杆泵井光杆反转失控的应对技术措施_许强.pdf
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1、 2023 年第 3 期 设备与安全 CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT 81 螺杆泵井光杆反转失控的应对技术措施 螺杆泵井光杆反转失控的应对技术措施 许 强 大庆油田有限责任公司技术监督中心 黑龙江大庆 168313 摘 要:简要分析了直驱螺杆泵井可能发生的光杆失控隐患,提出了以抽油杆为研究对象的直驱螺杆泵井一体化安全防治技术,即:上部采用专用制动器制动、中部采取控制载荷措施、下部采用缓流阀抑制马达效应。现场对包含人员密集区和大泵井在内的 68 口直驱螺杆泵井进行了改造和应用,工作稳定,取得较好的安全效益和经济效益,预计节支 477.43 万元/a。关键词:螺杆泵;直驱;
2、光杆抽油杆;安全 A 油田自 1986 年开始研究螺杆泵采油技术,完成了 GLB40-42 至 GLB1200-14 多个系列的试验及应用,地面驱动以常规的普通驱动头为主,其主要采用异步电机作为动力源,通过皮带将动力传至减速器,经减速增扭后,带动光杆及其下的抽油杆在螺杆泵内匀速旋转,继而将原油从泵筒内抽汲至地面。2005 年前后,由于油田节能的需要,以永磁电机代替异步电机且取消皮带减速机构的螺杆泵直驱驱动采油技术应运而生,新式直驱驱动头具有良好的节能效果、较小的占地面积、低噪音、更好的安全性等优点1-4,逐步替代和淘汰了常规驱动头,目前,该类驱动已成为油田一种重要的螺杆泵井地面驱动方式。1 现
3、状及问题 在安全性方面,考虑杆柱弹性变形和油套液面差导致的马达效应,与普通驱动采用的棘轮棘爪机械制动方式不同,直驱螺杆泵在驱动头上予以了改进5-7。通过电控箱内的变频控制系统与电机绕组形成制动回路,利用电磁牵制作用控制光杆转速,使停机安全平稳,从根本上遏制了生产安全事故的发生。但发生电路故障时,电磁牵制对反转速度进行控制的技术将失去作用,此时仍有引发失控问题发生的几率。2 应对措施 为实现失控下对抽油杆旋转的限速控制,笔者所在单位提出了用以辅助控制其超速反转的上部、中部、下部的控制技术,起到抑制反转或控制高速反转的作用,提高直驱驱动螺杆泵工艺的安全性。如图 1 所示,对上部采用机械制动器予以制
4、动;中部加强清蜡降低载荷;下部采用井液回流缓流阀抑制回流中马达效应的产生。图 1 控制技术 2.1 上部控制专用制动器 以限制井口光杆高速反转为目的,设计一种直驱螺杆泵井井口专用机械制动器。如图26 所示,专用制动器主要由棘爪上压盘、底座、制动蹄块、棘爪下固定盘、拨鼓机构、配重块、棘爪、扭簧机构等部分组成。装配时,将直驱螺杆泵上部专用制动器套在电机芯轴上。当电磁牵制失效、抽油杆高速反转时,棘爪受离心力向外甩开,勾上拨鼓机上部 制动器控制 中部 降低载荷措施 下部 井液回流缓流阀 作者简介:许强,男,2009 年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业,大学本科,工程师,主要从事油田生产安全管理工
5、作。E-mail:。设备与安全 2023 年第 3 期 82 CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT 构,此时拨鼓机构受制动蹄夹紧力的作用静止,并给棘爪一个反向作用力,促使光杆也停转,从而避免光杆反转次生事故的发生。与应用于普通驱动螺杆泵井的棘轮棘爪制动机构相似,该机构也可通过松开制动蹄块端部的紧固螺栓放松制动蹄,使拨鼓机构能缓慢旋转,从而将抽油杆反转扭矩逐步释放。考虑到在释放中,释放过快时光、杆转速不易控制的问题,在拨鼓机构的下面设计了 4 个限位台,并配备了 4个配重块,配重块的下端面采用直纹滚花工艺加工,同时,外圆周面加工石棉耐磨材质,以便在制动机构工作时,与底座的内平面
6、和内侧面均产生足够的摩擦力,易于制动,在一定程度上减轻反转制动力对制动蹄块的冲击。图 2 专用制动器图 图 3 专用制动器剖切图 图 4 减速系统图 图 5 拨鼓结构图 图 6 棘爪-扭簧机构设计 2.2 中部控制加强清蜡降低载荷 螺杆泵杆柱反转受弹性变形恢复和马达效应加速的共同作用,单井生产工况和杆柱组合一定的情况下,杆柱弹性变形主要受弹性势能积蓄量影响,该积蓄量与杆外管内结蜡情况直接相关。现场油管内结蜡增多将导致举升载荷的增加,泵内结蜡量增多亦有可能造成蜡卡,此时驱动头过载停机,反复启停机会导致杆柱正转势能的迅速增加,现场曾出现过蜡卡后反复启停机导致的杆柱突然反转失控伤人事故。因此,提高对
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