1、收稿日期:2 0 2 1-1 1-1 3作者简介:鲁奕宁(1 9 9 2-),男,辽宁省盘锦人,本科,2 0 1 4年毕业于西安石油大学石油工程专业,现从事采油管理工作,工程师。辽河油田公司特种油开发公司工艺研究所。橡塑塔式抽油机安全悬挂总成研究与应用鲁奕宁(中油 辽河油田公司 特种油开发公司,辽宁 盘锦1 2 4 0 1 0)摘要:特油公司从2 0 0 5年开始转S AG D开发,近年来随着公司S AG D井组的不断增加,针对光杆断折方面所暴露出的问题也越来越多。一旦发生此类事故没有相应的防范措施,会造成大面积污染、安全事故。为了解决这类问题,通过研究S AG D井抽油机配套的安全悬挂总成技
2、术,当光杆断折后,备卡落在一体式悬绳器下部托盘处,下落微小距离,可有效防止断杆落井,控制事故。新型安全悬挂总成技术能够有效避免光杆断折造成污染等安全环保事故,对提高抽油机安全运行稳定性具有重要的意义。关键词:光杆断折;污染;安全悬挂总成技术;中图分类号:T E P 3 3+.3 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 8 1(2 0 2 2)0 3-0 0 0 5-0 41 研究背景作为辽河油田稠油热力开采重要接替技术的蒸汽辅助重力泄油(简称S AG D),已成为了稠油、超稠油蒸汽吞吐中后期提高采收率最为有效的开采技术之一,最高提高最终采收率可达3 0%以上,该项技术的成功应用是辽河
3、油田持续稳产的重要保障,在中国石油开发历史上具有里程碑式的意义。随着S AG D开发井组和超稠油蒸汽驱开发井组规模的不断扩大,整个生产区块地下已经形成上百万吨的蒸汽腔,生产井井口若断杆等发生井喷后,由于蒸汽腔蒸汽压力高、容量大,将变成无控井喷,造成大面积污染事故和安全事故。公司现有5 4个S AG D井组,主要采用皮带式和塔架式抽油机生产,其中盘锦橡塑抽油机1 1台,胜利高原抽油机3 7台。随着S AG D井组的不断增加,针对光杆断折方面所暴露出的问题也越来越多。由于悬绳器与光杆间方卡子连接处受多种载荷影响,不仅承担着井底设备自重产生的静载荷,同时还要承担着抽油泵往返移动产生的振动负荷,从而在
4、卡牙处形成了交变的侧向剪切力,在油井正常生产时会出现光杆从卡牙处折断,造成光杆落井情况。一旦发生此类事故没有相应的防范措施,会造成大面积污染、安全事故。因此针对以上问题开展了S AG D井抽油机配套的安全悬挂总成技术的研究。2 配套工艺及存在问题2.1 传统防断脱工艺及存在问题针对光杆断折的常规应对方法是在S AG D水平井悬绳器下方2 0 c m处增加备卡,保证悬绳器上端光杆发生断折时备卡下落至井口密封器处,将光杆阻挡在井口而不会掉入井内引起事故(图1)。常规配套备卡虽然能在一定程度上避免了光杆断折落井风险,但存在以下三个问题:2.1.1 当光杆在抽油机进行上行下行运动的过程中,整个过程的上
5、死点与下死点之间有8 m的距离,当光杆断脱位置处于上死点时,受到加速度重力的影响,方卡子在接触井口的一刹那受到相当静载载荷8倍的冲击,会出现卡子打滑脱落、光杆坠入井里的后果。2.1.2 方卡子砸向井口的瞬间会产生的强烈的撞击,严重时会造成油井井口盘根盒损坏,油气从受损部位泄露引发大规模污染甚至造成井喷事故发生。2.1.3 光杆断脱时方卡子的负荷全部加在井口,为了及时恢复正常生产状态,需要用吊车将方卡子起吊恢复到悬绳器处,但方卡子没有合规的承载部件,起吊时有着极大的问题隐患。现场实际情况:针对光杆在方卡子卡牙处断折部位进行了详细统计如下表所示。5 2 0 2 2年第1 1期内蒙古石油化工表1光杆
6、断折数据统计表序号井号断折时间使用寿命(d)冲次(m i n-1)液量(t/d)最大载荷(KN)断折位置1杜8 4-馆平1 22 0 1 05 1 72.63 8 8.87 5.2 7方卡子卡牙处3杜8 4-馆平1 32 0 0 97 7 42.41 8 5.87 8.5 1方卡子卡牙处3杜8 4-平4 3 C P 22 0 0 93 5 61.81 0 2.71 0 7.8 3方卡子卡牙处4杜8 4-平4 52 0 1 03 9 52.82 4 3.89 7.0 1方卡子卡牙处5杜8 4-兴平4 72 0 0 94 3 732 4 0.49 2.0 3方卡子卡牙处6杜8 4-兴H 1 0 9
7、2 0 1 32 4 43.32 4 31 0 5.3 1方卡子卡牙处图1 防断脱常规配套工艺图 虽然备卡在一定程度上减轻了光杆断折落井风险,但备卡处如果发生卡牙滑脱,光杆仍然会落井造成事故。为此,针对传统备卡存在的问题,亟需从以下两个方向对备卡在工艺技术上进行升级改进,以保证S AG D井口的安全稳定生产。有效地控制备卡子下落的距离。控制备卡子下落接触的载荷承受物。2.2 分体式防断脱工艺及橡塑机适配问题目前已经对胜利高原抽油机配套升级了分体式断脱保护悬绳器1。当光杆断折时,备卡瞬间坐在下本体上,运动距离只有1-2 c m,能够维持正常工作状态(图2)。该防断脱悬绳器虽然在胜利高原抽油机上应
8、用效果良好,但还有1 1口S AG D井采用盘锦橡塑抽油机生产,如果采用胜利高原抽油机配套的悬绳器,存在以下问题:图2 胜利高原抽油机安全悬挂总成 悬绳器结构不同。分体式悬绳器能够固定在胜利高原抽油机限位槽里,而在盘锦橡塑抽油机绳辫子处无法进行限位固定。盘锦橡塑抽油机原有悬绳器本体表面加工精度低,安装面不平稳。分体式悬绳器外侧受力端与悬绳器本体接触面积小,不符合安全生产条件(图3)。因此胜利高原抽油机的断脱保护悬绳器无法适配盘锦橡塑抽油机,亟需攻关研究适配盘锦橡塑抽油机的防断脱悬绳器。图3 橡塑机悬绳器表面加工精度低接触面小6 内蒙古石油化工2 0 2 2年第1 1期 3 新型安全悬挂总成工艺
9、升级与优化针对目前存在的问题,对盘锦橡塑抽油机悬挂总成的薄弱环节开展技术优化升级研究,成功攻关出一体式断脱保护悬绳器,实现对盘锦橡塑抽油机的配套,有效解决光杆断折带来井口安全隐患。3.1 工作原理盘锦橡塑抽油机安全悬挂总成结构的工作原理与胜利高原抽油机相似。盘锦橡塑抽油机断脱保护悬绳器采用一体式结构设计,上部的方卡子位于设备顶部,下部的备卡子位于距下部承载体1-2 c m处固定。一旦上部方卡子处的光杆断折脱落时,下部的备卡子会马上在悬绳器下部承载体上固定,虽然光杆发生断折,但并没落入井中,有效解决了光杆断裂带来井口安全隐患。表2 传统悬绳器及防断脱悬绳器作用及优缺点对比表序号类型作 用优缺点对
10、比1传统悬绳器备卡备卡子光杆断折后,备卡子落在井口密封器上,防止断杆落井。(1)光杆在冲程中上部断折后,断折下部下落距离长,动量大,备卡 子容易失效;(2)备卡子下落至井口密封器,井口密封器易被砸坏。2防断脱悬绳器光杆断折后,备卡落在二级悬绳器或 下 部 托 盘 处,下 落 微 小 距离,动量小,可有效防止断杆落井,控制事故。(1)备卡子运动距离只有1-2 c m;(2)断脱后备卡子坐在下部承载体上,维持正常工作状态。图4 盘锦橡塑抽油机新型安全悬挂总成3.2 升级优化设计3.2.1 提高加工精度,改善悬绳器旋转问题。新型悬绳器采用4 2 C r M o合金钢,应用去应力退火处理技术,使用大型
11、立床、插床、钻床,深孔坐标镗床及高精度线切割机床等工艺加工。充分保证了加工精度。由于新型悬绳器加工精度高,相比原悬绳器更容易进行找平调节,保证四条绳辫子在同一平面受力平衡。降低了悬绳器旋转、绳辫子打扭的安全隐患。3.2.2 优化悬绳器结构,提高备卡承载面强度。为保证材质有足够的强度,针对盘锦橡塑抽油机安全悬挂总成薄弱部位进行承载力强度校核。以杜8 4-兴H 6 1井为例进行校核计算。主要进行抗拉强度、剪切强度两种强度校核。抗拉强度和剪切强度的校核均为下部承载面薄弱部位:示功图显示抽油机最大载荷3.6 4 2 t。根据能量守恒定律1/2 M v 2=M g Hv=(2 g H)1/2=(29.8
12、0.0 2 5)1/2=0.7 m/s撞击力F=M v/t=3.6 4 20.7/0.1=2 5.4 9 t按抗拉强度为8 0 0 MP a,抗拉吨数为0.0 1 0 7 8 2(阴影部分面积总和)8 0 0 0 0=8 6 2.5 6 t安全余量:8 6 2.5 6/2 5.4 9=3 3.8 4剪切强度按0.48 0 0 MP a(抗拉强度)=3 2 0MP a,抗剪吨数为0.0 0 7 6 3 2(阴影面积总和)3 0 0 0 0=2 2 8.9 6 t安全余量:2 2 8.9 6/2 5.4 9=8.9 27 2 0 2 2年第1 1期鲁奕宁 橡塑塔式抽油机安全悬挂总成研究与应用图5
13、抗拉强度及剪切强度校核 由于盘锦橡塑抽油机安全悬挂总成主要承力薄弱部位安全余量均大于工程设计要求的2.5,满足现场使用要求2。3.2.3 升级一体化挡板,降低人员伤害风险。传统悬绳器光杆挡板仅有2颗螺丝固定,当光杆发生弯折时易蹦飞挡板,造成人员伤害。而新型悬绳器升级改进为6颗优质碳素合金钢强化螺栓固定的一体化挡板,极大程度增加挡板固定强度,降低人员伤害风险。4 现场试验截止目前,盘锦橡塑抽油机配套的新型安全悬挂总成已经加工出成品1 1套,已全部在井安装。防断脱保护悬绳器自安装以来,应用效果良好,运行平稳,未出现绳辫子打扭及光杆断折事故,有效延长了光杆使用周期,保障了井口安全生产。5 效益分析防
14、断脱悬绳器推广应用到公司1 0 7台盘锦橡塑机型上,预计节省清污费2 5.6 8万元。橡塑塔式抽油机安全悬挂总成技术研制与应用,能够有效的保证光杆异常时现场人员的人身安全,给操作人员提供了足够的反应处理时间。防断脱悬绳器能预防因光杆断折引发的次生事故、造成污染环境等安全环保事故隐患。对公司油井正常安全平稳生产,起到了重要的安全保障。6 结论6.1 悬绳器结构的升级改进,成功解决了备卡从高处下落造成二次事故的安全隐患。该装置结构简单,安装方便。6.2 橡塑塔式抽油机安全悬挂总成技术研制与现场应用,悬绳器所采用的工艺结构,经现场试验表明能够满足S AG D井安全生产要求。对于实现安全生产、清洁生产具有积极的作用。6.3 橡塑塔式抽油机安全悬挂总成技术研制与现场应用,以提高抽油机安全运行稳定性为目标,改进了悬挂总成的薄弱环节,降低了光杆断折风险,对后续的推广应用具有决定性意义。参考文献1 胡博.S AG D井口安全配套工艺适应性研究J.内蒙古石油化工,2 0 1 4,1 7(3):1 1-1 3.2 万仁溥.采油工程手册(上).D 石油工业出版社,2 0 0 0.8 内蒙古石油化工2 0 2 2年第1 1期