1.华北油田公司第三采油厂 河北河间 062450 2.华北油田分公司二连分公司 内蒙古锡林市 026000 3.华北油田公司第二采油厂 河北霸州065700
摘要：为获取抽油机的运行状态，通常采用在抽油机控制柜中增加各种监控设备，例如电参数采集设备、井口压力变送器、井口无线示功仪及位移传感器等，对于某些故障，电参数及压力和示功图并不能完全反应出抽油机的运行状态。本文主要探讨抽油机出现异常情况时监测各运动部件参数超出预设安全阈值的装置及预警系统。
关键词：抽油机；电参数；运行状态；安全阈值；预警系统
正文：
一、游梁式抽油机定期检查运行情况存在的问题及分析问题
石油开采方式主要是通过地面采油设备将石油从底层中抽汲上来。地面采油设备大部分采用游梁式抽油机。常规游梁式抽油机包括抽油机驴头、毛辫子、悬绳器、游梁、中央轴承、尾轴轴承、横梁曲柄、连杆、曲柄销总成、、减速器、支架、底座、刹车系统等。毛辫子一端挂在驴头上另一端与悬绳器连接，悬绳器与抽油杆连接，游梁的一端驴头、中部连接中央轴承、尾部连接尾轴轴承，曲柄通过曲柄销总成与连杆连接并安装在减速器的输出轴上，减速器的输入轴安装有大皮带轮，从而实现抽油机上下往复运动将原油抽汲到地面。
为了获取抽油机的运行状态，通常采用的方式是在抽油机控制柜中增加各种监控设备，例如电参数采集设备。电参数采集设备检测抽油机的电流，通过电流参数间接判断采油设备运行状态。然而，对于某些故障，电参数并不能完全反应出抽油机的运行状态，例如，当抽油机驴头与悬绳器之间的毛辫子断开；抽油机皮带断以后电动机还在运行；抽油机中央轴承及尾轴轴承损坏外壳磨烂产生振动剧烈；抽油机减速器内齿轮窜轴打齿产生振动；抽油机整体振动；曲柄销轴承退扣等。尽管采集的电参数显示抽油机运行正常，而实际上无法给地层中的抽油泵提供动能，导致无法继续采油。由于油区地质构造不同和地下原油分布不均，导致各类油井分布范围广且比较零散，这其中大部分采用的是抽油机形式的采油方式，抽油机设备的运行还是依靠人工巡视的方式，通过目视检查，凭经验确认设备的运行状态。这种方式存在以下问题：缺乏实时定量监测和故障预判的手段，从而无法完全保证抽油机长时间的安全运行，存在抽油机因为故障非计划停机的隐患。设备的运行状态在不断的发生变化，因设备隐患引起的设备停运时有发生，影响了生产及开机时率。
这种生产管理方式不仅使操作人员的工作强度大，而且很大程度上影响了数据采集的实效性和准确性，所录取的数据需要通过人工分析，才能知道抽油机的工作状况，资料有一定的滞后性，而在此段时间若发生重大工况故障则会造成很大的损失。
二、游梁式抽油机运行状态解决方案
1. 抽油机运行状态监测系统设计思路
在抽油机各运动部件安装传感器及井场视频监测装置，通过无线通信装置发送抽油机RTU控制柜对监控数据进行分析，在判断出现问题时，向声光报警装置和站控中心发出报警指令预设阈值。
2. 抽油机运行状态监测系统设计方案：
监测系统及预警装置方案由悬绳器角度传感器，中央轴承、尾轴轴承、减速器及抽油机底座振动传感器，曲柄销冕型螺帽位移传感器，大皮带轮转速传感器，无线通信装置，声光报警装置及井场已经安装的抽油机RTU控制柜和站控中心等组成。
悬绳器倾角传感器监控一边毛辫子断股或断裂伸长后造成悬绳器偏角量超过预设位移阈值。预警为抽油机负荷大。倾角传感器是一种非常精确的测量小角度的检测工具，用它可测量被测平面相对于水平位置的倾斜度、两部件相互平行度和垂直度。
中央轴承、尾轴轴承振动传感器，用于监测中央轴承、尾轴轴承的振动量，通过无线通信装置发送至抽油机RTU控制柜，当控制装置判断中央轴承、尾轴轴承的振动超过预设中央轴承、尾轴轴承振动量阈值时，判断中央轴承、尾轴轴承故障或者是螺丝松动，报警装置发出报警信号。
减速器振动传感器，用于监测减速器的振动量，通过无线通信装置发送至抽油机RTU控制柜，当控制装置判断减速器的振动超过预设减速箱振动量阈值时，判断减速器轴承故障或者是减速箱的螺丝松动，报警装置发出报警信号。
抽油机底座振动量的监测装置，安装在抽油机底座前端的左侧和右两侧，用于监测抽油机底座的振动量，通过无线通信装置发送至抽油机RTU控制柜，当控制装置判断抽油机底座的振动量超过预设抽油机底座振动量阈值时，判断抽油机底座不稳固，报警装置发出报警信号。
减速器主轴位移传感器串轴量监测装置，安装于所述抽油机的皮带轮和减速箱的外壳之间，用于监测减速箱主轴的轴串量，通过无线通信装置发送至抽油机RTU控制柜，当控制装置判断减速箱主轴的轴串量超过预设轴串量阈值时，判断主轴发生了串轴，报警装置发出报警信号。
曲柄销冕型螺帽位移传感器，用于监测冕型螺帽退扣位移变化量，通过无线通信装置发送至抽油机RTU控制柜，当控制装置判断冕型螺帽退扣位移变化量超过预设位移阈值时，判断螺母已经松动，报警装置发出报警信号。
减速器皮带轮转速传感器，用于监测皮带轮转速量变化量，通过无线通信装置发送至抽油机RTU控制柜，当控制装置判断皮带轮转速量变化量低于预设位移阈值时，判断出现皮带打滑、皮带烧断，报警装置发出报警信号。
视频监测装置，用于监测采油树盘根盒的视频信号，通过无线通信装置发送至抽油机RTU控制柜，然后传输到站控中心显示装置通过视频图像判断盘根盒是不是漏油，判断采油树盘根盒发生泄漏时，控制报警装置发出报警信号。
每个传感器都安装有声光报警装置，抽油机部件发生故障时报警指令发出声光报警。采油工在现场巡检时可直观的看见听见设备发生了故障，防止站控中心漏报。
结论
抽油机各运动部件安装传感器及井场安装视频监测装置，及时发现抽油机各部件出现的故障，提醒操作员工采用相应措施，提高了抽油机运行中的安全性，避免抽油机因为故障导致的躺井。
参考文献
[1]黄志坚著. 机械设备振动故障监测与诊断(第2版). 北京：化学工业出版社.2017
[2]中国石油天然气集团公司人事部. 采油工.上册 北京：石油工业出版社, 2018.
[3]雅各布•弗雷登（美）著.现代传感器手册：原理、设计及应用（原书第5版）. 北京：机械工业出版社