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摘 要：抽油杆其长度1～3千多米，抽油时产生拉压变形。油杆每天近万次的与出油管产生局部磨损，进而磨透、磨断。抽油杆防偏磨技术是通过蜗轮蜗杆机构，使抽油杆在直线往复运动的同时，附加一个缓慢的转动，把抽油杆的局部磨损变为圆周的均匀磨损。
关键词：抽油杆；防偏磨；磁驱动
1.引言
油田抽油杆在抽油工作过程中由于受结构、制造、安装等条件限制，油井出油口与抽油杆圆周的局部磨损非常严重，大大缩短了抽油杆的使用寿命。目前国内外油田上普遍应用的抽油机防偏磨装置驱动技术有撞击式、拉线式和压差式油杆旋转器。
撞击式抽油杆旋转器是利用抽油杆直线往复运动时，扇形摆杆所带动的碰撞器碰撞井口产生作用力使抽油杆旋转；组合拉线式旋转器是利用一根拉线连接在抽油机上，通过抽油杆直线往复运动时扇形摆杆带动拉线式旋转器使抽油杆转动；压差式抽油杆旋转器是利用抽油杆直线往复运动时，把油管与套内的压力差转换为机械能迫使抽油杆旋转。
以上三种旋转器存在的缺点是：撞击式抽油杆旋转器在与井口碰撞时产生很大的噪音，且安装在悬绳器以上受两边钢丝绳长度影响大部分油井不能安装且容易被人破坏；拉线式旋转器采用棘轮机构易损坏寿命短故障率高；压差式抽油杆旋转器采用碟簧式旋转，当地层压力不足时，则不起任何作用。
“抽油机防偏磨装置磁驱动技术”是一种：非接触、不磨损、无动力驱动技术，符合当前“节能减排国策”的技术发展趋势，同时也提高了抽油杆驱动的安全性和可靠性。
2.磁铁的磁性及磁力驱动技术
2.1磁铁是指可以产生磁场的物体或材质，传统上可分作“永久性磁铁”与“非永久性磁铁”。磁铁有磁性就是因为它实际上是有很微小的晶格构成的，这些微小的晶格有一个特点，它们有绕着其某一个轴心的环行电流，而且环行电流的轴心都几乎相同。一个环行电流就相当于一个微小的磁体，大量的南北极相同的小磁体就构成了磁性较大的磁铁。
2.2磁力驱动技术
永磁体是一种高能量密度的储能材料，可以在一定空间内产生恒定磁场。天然永磁铁不单单是铁氧体（四氧化三铁），还有铁钴镍合金、铁的稀土合金等各种永磁材料，如铝镍钴、钐钴、钕铁硼，这些也很常见，磁性非常强，这些物质能够被磁场恒磁场磁化，而且磁化后本身具有磁性且不消失。
磁力驱动技术可以完全利用永磁铁的磁力作用来实现力或转矩无接触传递的新技术，磁力驱动是以现代磁学的基本理论，应用永磁材料或电磁铁所产生的磁力作用，实现力或转矩无接触传递的一种技术。在防止油田抽油杆偏磨的技术难题上就是利用两块永磁铁的斥力作用来实现力无接触传递的新技术。
3.抽油机防偏磨装置磁驱动技术
3.1抽油机防偏磨装置磁驱动的工作原理
抽油杆防偏磨装置主要是在驴头固定一块圆形铁氧体磁铁的永磁铁及悬绳器外壁上固定一个圆形永磁铁托盘块，托盘可调，托盘内固定一块圆形铁氧体磁铁的永磁铁，并使其中一块永磁铁N极面对另一块的S极。并在悬梁器改造在内部增加了一套蜗轮蜗杆机构并使用蜗轮和抽油杆紧配合。
当抽油机驴头提升至最高点时，两块圆形永磁铁靠近，产生斥力，经试验两圆形永磁铁直径为80mm厚15mm，相对端面工作距：18mm时产生可推动蜗杆转的力，所用蜗轮蜗杆的模数为2.5，蜗轮齿数为48，蜗杆的头数为1。该力通过80cm长的蜗杆轴推杆转变为大约34N-m的力矩，可驱动蜗杆转动10～20°，从而带动蜗轮和抽油杆转动一个小的角度。
抽油机防偏磨装置磁驱动的应用使抽油杆在直线往复运动的同时，附加了一个缓慢的转动，从而把抽油杆的局部磨损变为抽油杆圆周的均匀磨损，使抽油杆使用寿命得到延长。
图1 抽油机防偏磨磁驱动装置总示意图
3.2抽油机防偏磨装置磁驱动装置结构及参数
抽油机防偏磨装置驱动技术利用磁驱动的工作原理解决了抽油机户外作业不便用电驱动的难题，利用磁铁同性之间的斥力使蜗轮蜗杆机构转动，从而蜗轮带着抽油杆旋转。
3.2.1磁驱动技术结构
“抽油机防偏磨装置磁驱动技术” 是在蜗杆轴的轴头装配了一个带有超越离合器的推杆。在推杆的另一端和抽油机扇形摆杆上分别设计了一个在x、y、z方向位置可调的圆形永磁铁托盘。当抽油机扇形摆杆摆动到上死点时，推杆与扇形摆杆上的圆形磁铁的圆心恰好在同一条直线上，磁铁同性之间的斥力使蜗杆轴的推杆按顺时针转动，同时蜗杆也随之转动，从而蜗轮带着抽油杆转动。当抽油机扇形摆杆反方向摆动时，蜗杆轴推杆的超越离合器及扭簧使的推杆复位。周而复始的上述运动就使抽油杆在直线往复运动的同时，附加了一个缓慢的转动。
3.2.2抽油机防偏磨装置驱动改进技术主要参数
蜗杆轴推杆转动角度： 10°～20°
蜗杆轴推杆转动力矩： 25NM～ 34NM
圆形永磁铁托盘可调行程X ×Y ×Z ：80×80×150 mm
两圆形磁铁相对端面工作距： 10～ 18mm
抽油杆直线往复运动周期：15～20 s
4.抽油机防偏磨装置磁驱动技术试验
4.1抽油机防偏磨装置驱动力矩
现场实测力矩
1号油井：蜗杆轴推杆转动力矩： 25NM
2号油井：蜗杆轴推杆转动力矩： 34NM
3号油井：蜗杆轴推杆转动力矩： 40NM
4.2抽油机防偏磨装置驱动转角
现场实测转动角度
1号油井：蜗杆轴推杆转动角度：10°
2号油井：蜗杆轴推杆转动角度：10°
3号油井：蜗杆轴推杆转动角度：20°
4.3试验地点及使用仪器、量具：
试验地点：山东凯文科技职业学院工程实训中心、胜利油田现场2号油井
试验仪器及量具：测力仪、万能角度尺、光电计时仪、钢板尺、游标卡尺
4.4抽油机防偏磨装置磁驱动技术运动计算试验内容及结果：
蜗杆轴推杆转动角度： 10°
蜗杆轴推杆转动力矩： 34NM
抽油杆直线往复运动周期： 15s
抽油杆转动周期： 7.2h/r
抽油杆转动周期7.2h/r=（360°÷10°）×15s×48÷3600
通过以上试验结果，充分展示了抽油机防偏磨装置磁驱动技术的成功研制。抽油机防偏磨装置磁驱动技术已成功推广应用在现实的油田当中。
5.结束语
抽油机防偏磨装置磁驱动技术课题组历时三个月设计完成了抽油机防偏磨装置驱动改进技术。该项目的试验成功受到了省科协有关领导、当地党政领导及设备生产、使用企业的一致好评并已在推广使用。现已成功申请专利，专利号为ZL 2011 2 0461403.8。
参考文献：
[1]李凯岭.机械制造工艺学.山东：山东科学技术出版社，2005
[2]钮平章.数控加工生产性实训.冶金工业出版社，2010
关键词：抽油杆；防偏磨；磁驱动
1.引言
油田抽油杆在抽油工作过程中由于受结构、制造、安装等条件限制，油井出油口与抽油杆圆周的局部磨损非常严重，大大缩短了抽油杆的使用寿命。目前国内外油田上普遍应用的抽油机防偏磨装置驱动技术有撞击式、拉线式和压差式油杆旋转器。
撞击式抽油杆旋转器是利用抽油杆直线往复运动时，扇形摆杆所带动的碰撞器碰撞井口产生作用力使抽油杆旋转；组合拉线式旋转器是利用一根拉线连接在抽油机上，通过抽油杆直线往复运动时扇形摆杆带动拉线式旋转器使抽油杆转动；压差式抽油杆旋转器是利用抽油杆直线往复运动时，把油管与套内的压力差转换为机械能迫使抽油杆旋转。
以上三种旋转器存在的缺点是：撞击式抽油杆旋转器在与井口碰撞时产生很大的噪音，且安装在悬绳器以上受两边钢丝绳长度影响大部分油井不能安装且容易被人破坏；拉线式旋转器采用棘轮机构易损坏寿命短故障率高；压差式抽油杆旋转器采用碟簧式旋转，当地层压力不足时，则不起任何作用。
“抽油机防偏磨装置磁驱动技术”是一种：非接触、不磨损、无动力驱动技术，符合当前“节能减排国策”的技术发展趋势，同时也提高了抽油杆驱动的安全性和可靠性。
2.磁铁的磁性及磁力驱动技术
2.1磁铁是指可以产生磁场的物体或材质，传统上可分作“永久性磁铁”与“非永久性磁铁”。磁铁有磁性就是因为它实际上是有很微小的晶格构成的，这些微小的晶格有一个特点，它们有绕着其某一个轴心的环行电流，而且环行电流的轴心都几乎相同。一个环行电流就相当于一个微小的磁体，大量的南北极相同的小磁体就构成了磁性较大的磁铁。
2.2磁力驱动技术
永磁体是一种高能量密度的储能材料，可以在一定空间内产生恒定磁场。天然永磁铁不单单是铁氧体（四氧化三铁），还有铁钴镍合金、铁的稀土合金等各种永磁材料，如铝镍钴、钐钴、钕铁硼，这些也很常见，磁性非常强，这些物质能够被磁场恒磁场磁化，而且磁化后本身具有磁性且不消失。
磁力驱动技术可以完全利用永磁铁的磁力作用来实现力或转矩无接触传递的新技术，磁力驱动是以现代磁学的基本理论，应用永磁材料或电磁铁所产生的磁力作用，实现力或转矩无接触传递的一种技术。在防止油田抽油杆偏磨的技术难题上就是利用两块永磁铁的斥力作用来实现力无接触传递的新技术。
3.抽油机防偏磨装置磁驱动技术
3.1抽油机防偏磨装置磁驱动的工作原理
抽油杆防偏磨装置主要是在驴头固定一块圆形铁氧体磁铁的永磁铁及悬绳器外壁上固定一个圆形永磁铁托盘块，托盘可调，托盘内固定一块圆形铁氧体磁铁的永磁铁，并使其中一块永磁铁N极面对另一块的S极。并在悬梁器改造在内部增加了一套蜗轮蜗杆机构并使用蜗轮和抽油杆紧配合。
当抽油机驴头提升至最高点时，两块圆形永磁铁靠近，产生斥力，经试验两圆形永磁铁直径为80mm厚15mm，相对端面工作距：18mm时产生可推动蜗杆转的力，所用蜗轮蜗杆的模数为2.5，蜗轮齿数为48，蜗杆的头数为1。该力通过80cm长的蜗杆轴推杆转变为大约34N-m的力矩，可驱动蜗杆转动10～20°，从而带动蜗轮和抽油杆转动一个小的角度。
抽油机防偏磨装置磁驱动的应用使抽油杆在直线往复运动的同时，附加了一个缓慢的转动，从而把抽油杆的局部磨损变为抽油杆圆周的均匀磨损，使抽油杆使用寿命得到延长。
图1 抽油机防偏磨磁驱动装置总示意图
3.2抽油机防偏磨装置磁驱动装置结构及参数
抽油机防偏磨装置驱动技术利用磁驱动的工作原理解决了抽油机户外作业不便用电驱动的难题，利用磁铁同性之间的斥力使蜗轮蜗杆机构转动，从而蜗轮带着抽油杆旋转。
3.2.1磁驱动技术结构
“抽油机防偏磨装置磁驱动技术” 是在蜗杆轴的轴头装配了一个带有超越离合器的推杆。在推杆的另一端和抽油机扇形摆杆上分别设计了一个在x、y、z方向位置可调的圆形永磁铁托盘。当抽油机扇形摆杆摆动到上死点时，推杆与扇形摆杆上的圆形磁铁的圆心恰好在同一条直线上，磁铁同性之间的斥力使蜗杆轴的推杆按顺时针转动，同时蜗杆也随之转动，从而蜗轮带着抽油杆转动。当抽油机扇形摆杆反方向摆动时，蜗杆轴推杆的超越离合器及扭簧使的推杆复位。周而复始的上述运动就使抽油杆在直线往复运动的同时，附加了一个缓慢的转动。
3.2.2抽油机防偏磨装置驱动改进技术主要参数
蜗杆轴推杆转动角度： 10°～20°
蜗杆轴推杆转动力矩： 25NM～ 34NM
圆形永磁铁托盘可调行程X ×Y ×Z ：80×80×150 mm
两圆形磁铁相对端面工作距： 10～ 18mm
抽油杆直线往复运动周期：15～20 s
4.抽油机防偏磨装置磁驱动技术试验
4.1抽油机防偏磨装置驱动力矩
现场实测力矩
1号油井：蜗杆轴推杆转动力矩： 25NM
2号油井：蜗杆轴推杆转动力矩： 34NM
3号油井：蜗杆轴推杆转动力矩： 40NM
4.2抽油机防偏磨装置驱动转角
现场实测转动角度
1号油井：蜗杆轴推杆转动角度：10°
2号油井：蜗杆轴推杆转动角度：10°
3号油井：蜗杆轴推杆转动角度：20°
4.3试验地点及使用仪器、量具：
试验地点：山东凯文科技职业学院工程实训中心、胜利油田现场2号油井
试验仪器及量具：测力仪、万能角度尺、光电计时仪、钢板尺、游标卡尺
4.4抽油机防偏磨装置磁驱动技术运动计算试验内容及结果：
蜗杆轴推杆转动角度： 10°
蜗杆轴推杆转动力矩： 34NM
抽油杆直线往复运动周期： 15s
抽油杆转动周期： 7.2h/r
抽油杆转动周期7.2h/r=（360°÷10°）×15s×48÷3600
通过以上试验结果，充分展示了抽油机防偏磨装置磁驱动技术的成功研制。抽油机防偏磨装置磁驱动技术已成功推广应用在现实的油田当中。
5.结束语
抽油机防偏磨装置磁驱动技术课题组历时三个月设计完成了抽油机防偏磨装置驱动改进技术。该项目的试验成功受到了省科协有关领导、当地党政领导及设备生产、使用企业的一致好评并已在推广使用。现已成功申请专利，专利号为ZL 2011 2 0461403.8。
参考文献：
[1]李凯岭.机械制造工艺学.山东：山东科学技术出版社，2005
[2]钮平章.数控加工生产性实训.冶金工业出版社，2010