雙驢頭抽油機(jī)驅(qū)動繩快速更換裝置成功研發(fā)
時間：2025-08-20 10:05
來源：2025年4月
作者:小編
在油田節(jié)能化改造的進(jìn)程中，特型雙驢頭抽油機(jī)憑借其節(jié)能優(yōu)勢（較傳統(tǒng)機(jī)型能耗降低12%-15%），已成為勝利油田主力采油設(shè)備。然而，其后驢頭與橫梁間的驅(qū)動繩易斷裂問題長期困擾現(xiàn)場生產(chǎn)。以孤東采油廠為例，2021年132臺雙驢頭抽油機(jī)共發(fā)生驅(qū)動繩斷裂故障52次，單次更換平均耗時179分鐘，影響原油產(chǎn)量約0.2噸/小時。傳統(tǒng)更換方法依賴吊車或人工拉拽，存在效率低、風(fēng)險高、成本大等痛點(diǎn)。為此，技術(shù)團(tuán)隊歷時8個月研制出驅(qū)動繩快速更換裝置，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化與工具創(chuàng)新，將單次作業(yè)時間壓縮至39.2分鐘，人員配置由5-6人減少至2人，橫梁定位精度提升至±2cm。該裝置在7-25-5206等6口井的現(xiàn)場應(yīng)用中，停井時間縮短78%，年均減少產(chǎn)量損失76噸，為油田高效生產(chǎn)提供了可靠解決方案。
傳統(tǒng)更換方式的技術(shù)瓶頸
雙驢頭抽油機(jī)采用柔性連接設(shè)計，后驢頭通過驅(qū)動繩與橫梁聯(lián)動。驅(qū)動繩斷裂后，橫梁因失去拉力處于自由傾倒?fàn)顟B(tài)（重量5000N），需重新定位連接。傳統(tǒng)方法分兩類操作模式，各具局限性：
吊車輔助更換的困境
吊車調(diào)度存在顯著不確定性。孤東采油廠 2021 年數(shù)據(jù)顯示，從驅(qū)動繩斷裂故障上報到吊車抵達(dá)現(xiàn)場，平均耗時達(dá) 2.5 小時，最長一次耗時 4.2 小時。在吊裝過程中，需要 3 名工人與吊車司機(jī)配合，通過手勢與喊話協(xié)調(diào)作業(yè)，但這種溝通方式極易出現(xiàn)失誤。2020 年 7 月，在 7-30-166 井的驅(qū)動繩更換作業(yè)中，吊車司機(jī)因誤判指揮手勢，致使橫梁與游梁發(fā)生碰撞，造成橫梁變形，引發(fā)二次停井維修，累計損失原油產(chǎn)量 3.8 噸。
人工固定方式的風(fēng)險
人工使用麻繩或鋼絲繩固定橫梁時，需要 4 - 6 人協(xié)同操作。以 7-24-2014 井為例：2 名工人需攀爬至游梁頂部固定后驢頭，地面 3 人則拉拽鋼絲繩調(diào)整橫梁位置。由于鋼絲繩存在 1.2% 的拉伸形變，導(dǎo)致橫梁實際位移達(dá)到 8cm，不得不重復(fù)調(diào)整 3 次，耗時 26 分鐘。在此次高空作業(yè)中，一名工人的安全帶掛鉤意外脫扣，險些發(fā)生墜落事故。
存在的核心問題
一是定位精度不足。由于特型雙驢頭抽油機(jī)橫梁與后驢頭采用柔性連接，缺乏剛性支撐，人工對位誤差可達(dá) ±15cm。統(tǒng)計顯示，63% 的更換作業(yè)延誤都是因定位失敗導(dǎo)致。二是工具適配性差。麻繩伸縮率為 0.3%，鋼絲繩受拉力后形變達(dá) 1.2%，致使固定后的橫梁位移超出允許范圍，影響驅(qū)動繩更換。三是安全風(fēng)險突出。每次更換作業(yè)，工人高空攀爬頻次達(dá) 3 - 4 次/井，近三年累計發(fā)生 7 起險兆事件?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)表明，傳統(tǒng)更換方法中，“驅(qū)動繩與橫梁連接” 環(huán)節(jié)平均耗時 115 分鐘，占總作業(yè)時間的 63.9%，成為制約更換效率提升的關(guān)鍵瓶頸。
快速更換裝置的設(shè)計原理與技術(shù)突破
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
研發(fā)團(tuán)隊從手拉葫蘆與抽油機(jī)剎車連桿中汲取靈感，突破傳統(tǒng)更換技術(shù)瓶頸。借鑒手拉葫蘆剛性連接原理，以剛性結(jié)構(gòu)替代柔性繩索牽引，有效解決橫梁失去驅(qū)動繩拉力后的自由下垂難題；參照剎車連桿雙向調(diào)節(jié)機(jī)制，利用正反螺紋設(shè)計實現(xiàn)橫梁位置的精密調(diào)控（圖1）。
裝置采用模塊化設(shè)計理念，各核心組件針對性強(qiáng)且功能明確。上懸掛鉤經(jīng)鍛造工藝制成，鉤口寬度 50-60mm，適配后驢頭錨點(diǎn)，極限載荷達(dá) 5000N，確保穩(wěn)固懸掛；旋緊本體選用 24mm 直徑 A3 鋼螺紋桿，正反螺紋導(dǎo)程 4mm/圈，調(diào)節(jié)精度控制在 ±1mm，可精準(zhǔn)調(diào)整橫梁位置；下懸掛鉤為可調(diào)式卡具，適用于 80-120mm 橫梁截面，通過防滑齒紋與螺栓雙重緊固，有效消除連接位移，為驅(qū)動繩快速更換提供可靠保障。
關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)與安全性驗證
在關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)與安全性驗證上，研發(fā)團(tuán)隊進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)測算與測試。裝置工作載荷 Q 由結(jié)構(gòu)不平衡重 Q1（1000N）與橫梁分力 Q2（1300N）構(gòu)成，合計 2300N。材料選用 A3 鋼，其屈服強(qiáng)度 235MPa，考慮 10 倍安全系數(shù)，確定螺紋桿直徑為 24mm，確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
性能參數(shù)方面，定位精度達(dá) ±2cm，較人工操作提升 7 倍，調(diào)節(jié)速度為 15cm/min，顯著提高更換效率。2021 年 10 月，裝置在油田設(shè)備檢測中心接受靜載測試，以 1.3 倍工作載荷（3000N）持續(xù)加載 24 小時，經(jīng)檢測結(jié)構(gòu)無變形、螺紋無滑絲，充分驗證了該裝置在實際工況下的安全性與可靠性。
操作流程優(yōu)化
為提升驅(qū)動繩更換效率與安全性，快速更換裝置（圖2）的操作流程進(jìn)行了系統(tǒng)性優(yōu)化，分為預(yù)固定、精調(diào)定位、驅(qū)動繩更換、復(fù)位檢測四個階段。
預(yù)固定階段（5 分鐘）
作業(yè)人員先將上懸掛鉤精準(zhǔn)扣入后驢頭錨點(diǎn)，確保鉤口與錨點(diǎn)緊密咬合；隨后，使用下懸掛鉤卡緊橫梁，通過調(diào)節(jié)卡具上的螺栓，使下懸掛鉤與橫梁牢固連接。完成懸掛操作后，初步旋緊螺紋桿，通過順時針旋轉(zhuǎn)螺紋桿，逐步施加向上的拉力，直至橫梁脫離自由下垂?fàn)顟B(tài)，為后續(xù)精調(diào)定位做好準(zhǔn)備。
精調(diào)定位（3 分鐘）
參照裝置上的定位孔對齊標(biāo)記（圖 2），作業(yè)人員以每順時針旋轉(zhuǎn)螺紋桿 90 度提升橫梁 1mm 的精度，對橫梁位置進(jìn)行微調(diào)。同時，使用水平儀實時校驗橫梁水平度，確保偏差控制在 0.5° 以內(nèi)。這一階段通過雙重校準(zhǔn)機(jī)制，保證橫梁與后驢頭處于最佳對位狀態(tài)，為驅(qū)動繩更換創(chuàng)造有利條件。
驅(qū)動繩更換（25 分鐘）
此階段由 2 名作業(yè)人員協(xié)同操作。首先，使用專用工具剪斷舊驅(qū)動繩，同步抽出舊繩完成拆除工作；隨后，將新驅(qū)動繩穿過后驢頭滑輪，確保繩索走向正確，再將新繩末端牢固固定于橫梁連接環(huán)。最后，使用張力計檢測雙側(cè)驅(qū)動繩張力，通過微調(diào)確保張力差控制在 5% 以內(nèi)，保證新繩受力均勻，避免因張力不均導(dǎo)致的異常磨損或斷裂風(fēng)險。
復(fù)位檢測（6 分鐘）
完成驅(qū)動繩更換后，緩慢松開裝置，密切觀察驅(qū)動繩在受力狀態(tài)下的均勻性。確認(rèn)驅(qū)動繩受力正常后，進(jìn)行空載試運(yùn)行，讓抽油機(jī)完成 2 個沖程動作，同步檢查各部件運(yùn)行狀態(tài)，確認(rèn)無異常振動、異響等問題。通過這一系列復(fù)位檢測，確保抽油機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行，整個更換作業(yè)安全、高效完成。
現(xiàn)場應(yīng)用效果與綜合效益分析
效率提升數(shù)據(jù)對比
在孤東采油廠 6 口井的對比試驗中，驅(qū)動繩快速更換裝置展現(xiàn)顯著效能。應(yīng)用后單次作業(yè)時間從 179 分鐘銳減至 39.2 分鐘，效率提升 78%。橫梁固定環(huán)節(jié)耗時從 26.5 分鐘縮短至 3.3 分鐘；驅(qū)動繩連接步驟更從 115 分鐘壓縮至 2.3 分鐘。人員配置方面，作業(yè)人數(shù)從 5 - 6 人減少至 2 人，勞動強(qiáng)度降低 60%。
以 7-25-5206 井為例（圖3），更換效果對比鮮明。2022 年 3 月采用舊方法時，需 6 人參與，耗時 186 分鐘，還因橫梁滑脫重復(fù)操作 2 次；而 2022 年 9 月使用新裝置，僅 2 人操作，38 分鐘即一次性完成定位安裝，大幅提升作業(yè)效率與穩(wěn)定性。
安全效益量化評估
在安全效益量化評估上，快速更換裝置成效顯著。應(yīng)用后，高空作業(yè)頻次從 3.2 次/井直接降至 0 次，徹底消除了工人攀爬游梁等高處作業(yè)風(fēng)險。
從事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，近兩年未發(fā)生任何驅(qū)動繩更換相關(guān)安全事故，有效保障了作業(yè)人員安全。在人力負(fù)荷方面，人力拉拽負(fù)荷從人均 500N 大幅降至 50N，工人僅需旋轉(zhuǎn)手柄即可完成操作，肌肉骨骼損傷風(fēng)險降低 90%，切實改善了一線員工的作業(yè)安全環(huán)境。
經(jīng)濟(jì)效益分析
快速更換裝置帶來顯著直接經(jīng)濟(jì)效益。單井次可節(jié)省吊車費(fèi)用 2800 元，按年均 60 井次計算，年節(jié)約成本 16.8 萬元；產(chǎn)量損失每年減少 76 噸，以 4500 元/噸價格計算，實現(xiàn)增收 34.2 萬元。兩項相加，每年直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá) 51 萬元。
裝置的間接收益同樣可觀。設(shè)備可用率提升 0.7%，促使年增產(chǎn)原油 220 噸；維修班組因效率提升，可多承接 15% 的日常維護(hù)任務(wù)。經(jīng)測算，在孤東采油廠 132 臺設(shè)備中全面推廣，年綜合效益可達(dá) 210 萬元，展現(xiàn)出良好的推廣應(yīng)用價值。
特型雙驢頭抽油機(jī)驅(qū)動繩快速更換裝置的研發(fā)，是油田生產(chǎn)痛點(diǎn)驅(qū)動的技術(shù)創(chuàng)新典范。通過將手拉葫蘆的懸掛功能與螺紋精密調(diào)節(jié)相結(jié)合，實現(xiàn)了柔性連接設(shè)備檢修的剛性化、精準(zhǔn)化操作。現(xiàn)場應(yīng)用證明，該裝置使單次作業(yè)效率提升78%，安全風(fēng)險降低95%，年均經(jīng)濟(jì)效益超200萬元。未來，隨著智能化與輕量化改造推進(jìn)，此類“小裝置解決大問題”的創(chuàng)新模式，為油田開發(fā)節(jié)能增效、安全生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。
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