油田常規(guī)抽油機節(jié)能改造

劉長勝（勝利油田分公司孤東采油廠）

油田常規(guī)抽油機節(jié)能改造

劉長勝（勝利油田分公司孤東采油廠）

常規(guī)游梁式抽油機因可靠性好、操作維護方便、運行成本低等原因成為各油田抽油作業(yè)的首選。新抽油機機型因可靠性不足，有的遭到了淘汰，而游梁抽油機通過改進開發(fā)了雙驢頭、下偏杠鈴、彎游梁等機型抽油機，可靠性較好，且又具有節(jié)能優(yōu)勢，無游梁式抽油機則在黏稠油開采上具有常規(guī)抽油機無法比擬的優(yōu)越性。判斷一種抽油機是否節(jié)能，要考慮很多環(huán)節(jié)。選用抽油機時要根據(jù)油井產(chǎn)液量大小、動液面深淺、含水率及原油黏度等因素進行統(tǒng)籌考慮，以達到節(jié)能的目的。

油田 抽油機 節(jié)能降耗 措施

我國各大油田機械采油抽油機用量大、耗能高，約占油田總用電量的70%，是影響油田采油能耗和成本的重要因素。近20年來，國內(nèi)大油田及制造企業(yè)在抽油機的節(jié)能增效上做了各種努力和嘗試。市場上先后出現(xiàn)了很多類型的抽油機產(chǎn)品及節(jié)能裝置，僅試驗、應(yīng)用的各種新型抽油機就有一百多種、數(shù)萬臺。

1 常規(guī)抽油機機型的絕對優(yōu)勢

通常來說，油田選用什么抽油機設(shè)備，用戶說了算。只有他們最清楚需要什么樣的抽油機。油田企業(yè)對抽油機的選用首先是可靠性高，故障率低，安全性好。

抽油機的工作環(huán)境和條件十分惡劣，要求：無人值守地運轉(zhuǎn)；除了維護、修井時間以外，1年365 d每天24 h不停地工作；在野外露天、嚴寒酷暑、風(fēng)霜雨雪等環(huán)境下全天候地工作。為帶動抽油桿上下抽油，抽油機每天要換向數(shù)千至數(shù)萬次，隨著換向其載荷不斷地大幅度正負變化。正因為嚴酷的工作條件要求抽油機有高度的可靠性。

目前國內(nèi)對抽油機的“可靠性”要求，暫時還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)統(tǒng)計，中石油抽油井平均有效開機時率約95%，即平均每口井每年有18.25 d處于停機狀態(tài)。而加拿大、印尼要求抽油機每年停機時間分別不超過1 d、1.5 d。

假設(shè)以每年停機3 d計算，中石油在用的10×104臺抽油機，則需要有2 460多個維修隊伍365 d（8 h/d）忙于抽油機的維護。目前正在試用的新型抽油機，可靠性遠遠達不到上述要求，保守一點說，這些機型年累計維護時間不會少于10 d。

如果在試驗階段，試用的數(shù)量小，這10 d的維護時間不是大問題，假如推廣到10×104臺則數(shù)字令人震驚。即意味著需要有8 000個維修隊伍365 d（8 h/d）忙于抽油機的維護。這不僅使維護的人力、直接費用難以支撐，同時將意味著每年要影響300×104t的原油產(chǎn)能 （3 t/d）、75×108元收入（2 500元/t）。

抽油機可靠性對油田的意義由此可見一斑，常規(guī)抽油機在耐用方面獨領(lǐng)風(fēng)騷。僅此一項，就將需要經(jīng)常維護的機型在市場上一一淘汰出局。

另外，常規(guī)抽油機的操作維護方便、運行成本低。調(diào)查結(jié)果顯示，目前常規(guī)抽油機及在其基礎(chǔ)上革新的新機型，即游梁式節(jié)能抽油機每年維修成本一般在2 000元左右。市場上的新品，即無游梁式節(jié)能抽油機的維修成本通常在8 000～10 000元之間，是游梁式抽油機的4～5倍；維修時間因各種機型有所不同，大致上無游梁式抽油機維護時間是游梁式抽油機的2倍以上，且對維修人員素質(zhì)要求較高。

目前由于各油田采油公司成本壓力均較大，維修人員較為緊張，雖然無游梁式抽油機節(jié)能效果不錯，但與游梁式節(jié)能抽油機相比，不僅維修時間長、費用高，同時還因停機時間較長影響原油產(chǎn)量，而且對采油維修人員素質(zhì)要求更高等，不太適應(yīng)油田的實際，推廣難度較大。

基于上述兩點，至今游梁式抽油機仍在抽油機大軍中占有絕對多數(shù)，仍然是各油田抽油作業(yè)的首選。據(jù)統(tǒng)計，中石油現(xiàn)有油井?dāng)?shù)約14×104口，其中抽油機井?dāng)?shù)11.5×104口，在用10.3×104口。使用常規(guī)抽油機6.1×104臺，占59%，節(jié)能型抽油機4.2×104臺，占41%。全國超過20×104口抽油機中，使用常規(guī)抽油機的應(yīng)在60%以上。

2 新抽油機機型可靠性不足

近20年來，隨著國家和石油公司對節(jié)能降耗的逐步重視，不斷有大量的節(jié)能型抽油機、節(jié)能電動機、節(jié)能配電柜等產(chǎn)品在油田現(xiàn)場進行試驗應(yīng)用，其中試驗應(yīng)用的各種新型抽油機有一百多種，數(shù)萬臺。大部分由于設(shè)計、質(zhì)量、安全、操作維護等方面的原因，可靠性遠遠達不到上述要求而被淘汰。

新型抽油機在油田經(jīng)過近20年來的應(yīng)用考驗，只有少數(shù)機型（雙驢頭、下偏杠鈴、彎游梁、偏置式、低矮型、鏈條寬帶等）得到了用戶的認可，逐步推廣應(yīng)用至今，其余近百種機型由于設(shè)計、制造等方面原因，可靠性差、故障率高、維修復(fù)雜，無法適應(yīng)油田現(xiàn)場的使用而被淘汰。

上世紀(jì)80年代，曾批量在遼河黏稠油田上推廣的鏈條抽油機，十多年間應(yīng)用了3 200多臺，但終因軌跡鏈條故障多這個致命缺陷，全部退出了市場。摩擦式抽油機，2002年在大慶、遼河、吉林小范圍地進行了推廣應(yīng)用，通過幾年的試用，由于產(chǎn)品可靠性較差、小毛病不斷（2～3個月需進行一次維修保養(yǎng)）及設(shè)計不合理（電動機、減速箱在抽油機頂部），維修保養(yǎng)存在一定安全隱患，現(xiàn)已基本被淘汰。曾經(jīng)廣泛推廣應(yīng)用的自啟動永磁異步電機，最多時曾用到1萬多臺，雖然在初時節(jié)能效果較好，但使用一段時間后逐漸退磁，退磁后能耗更大，現(xiàn)已基本退出市場。還有許多機型沒能到小批量試驗就已退出市場。以上這些未成功的機型，雖然在推廣初期都有明顯的節(jié)能效果，批量推廣應(yīng)用后很快就出現(xiàn)了各種問題，逐步被市場淘汰。

遭淘汰的原因主要有3點：

1）初期試驗數(shù)量小，廠家往往由專人盯在現(xiàn)場，選配電動機、維護調(diào)整都比較到位，出現(xiàn)問題不等油田用戶知道，廠家就已經(jīng)自行解決。

2）現(xiàn)場連續(xù)試驗時間不夠長（至少需要一個大修周期6 a），有些問題暴露不足。

3）批量應(yīng)用后，有些在少量試驗時不成問題的問題上升為不能接受的大問題。例如，在幾臺抽油機試驗時，即使每臺設(shè)備每年累計需要30 d的維修時間，對于維修工來說并不是應(yīng)付不了的，但假如應(yīng)用到1 000臺，即使每臺設(shè)備年累計維修時間需要10 d，油田也承受不了。

近百種抽油機的試驗推廣和退出市場，不僅給制造廠家?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟損失，中石油、中石化也為此付出了巨大的原油產(chǎn)量損失和人力、物力損失。

一種好的抽油機產(chǎn)品要結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，節(jié)能效果好且成本較低，其中，可靠性是首要因素。作為抽油設(shè)備之一，抽油機產(chǎn)品首先要滿足基本需要，如果達不到可靠性這一要求，節(jié)能效果再好也是不夠的。

由此看來，要打破常規(guī)，必須先讓用戶真正信服，歸根結(jié)底在于抽油機產(chǎn)品本身。如果能在經(jīng)濟性較好的情況下，大大提高可靠性，就有可能逐步擴大推廣應(yīng)用的數(shù)量，甚至，將來某一天會取代游梁式抽油機的優(yōu)勢地位。

3 改造游梁式抽油機

基于常規(guī)抽油機結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用、操作維修方便等優(yōu)點，抽油機生產(chǎn)企業(yè)在游梁式抽油機的基礎(chǔ)上，改進開發(fā)了雙驢頭、下偏杠鈴、彎游梁、偏置式、低矮型等抽油機。這些機型既保留了原來優(yōu)點，又具有節(jié)能優(yōu)勢，深受油田用戶好評。

經(jīng)調(diào)查，目前在大慶、遼河、新疆等7家油田企業(yè)中，節(jié)能型抽油機共計36 361臺，其中，游梁式抽油機有35 670臺，主要以雙驢頭抽油機、偏置（異相曲柄）抽油機、下偏杠鈴抽油機及彎游梁抽油機為主，約占節(jié)能型抽油機的98.1%。經(jīng)過油田實際工況條件的考驗，這些機型得到認可，已成為目前中石油新機井和替換老機井中采用的主力機型。

目前國內(nèi)仍然有很多在用的老機井，如何降低這些常規(guī)抽油機的能耗，成為各油田抽油機節(jié)能工作的重點。

據(jù)了解，目前中石油各油田主要采取以下做法：

◇將常規(guī)機分批進行節(jié)能改造，如改造成雙驢頭抽油機、下偏杠鈴抽油機等。

◇給常規(guī)抽油機加裝節(jié)能拖動裝置，實施節(jié)能改造。

◇在抽油機電控柜加裝電容器對無功功率進行就地補償。

通過上述措施，均取得了不同程度的節(jié)電效果。如采用承德石油機械有限公司生產(chǎn)的高轉(zhuǎn)差電動機，通過十多年來38 000多臺高轉(zhuǎn)差電動機使用效果來看，此項節(jié)能措施是一項投入少、見效快的便捷方法。另外，一些油田根據(jù)油田實際工況選用多功率電動機、雙速電動機等，也取得了較好的節(jié)能效果。

4 開發(fā)無游梁式抽油機

游梁式抽油機的結(jié)構(gòu)原理決定了耗能較多，這給各種新型抽油機提供了一個機遇。這些年來，中石油、中石化各大油田及制造企業(yè)進行了積極有效的嘗試。

開發(fā)的新型抽油機有鏈條抽油機、皮帶抽油機、液壓抽油機、塔架式電動機正反轉(zhuǎn)的抽油機……這些抽油機都有各自的優(yōu)點，如平衡效果好、節(jié)能、抽油沖程長、質(zhì)量輕、占地小等。但總的來說，在運轉(zhuǎn)可靠性方面，均遜于號稱“老黃?！钡某Ｒ?guī)游梁抽油機。

盡管如此，無游梁式抽油機易于實現(xiàn)長沖程、懸點接近勻速直線運動等特點，在黏稠油開采上具有常規(guī)抽油機所無法比擬的優(yōu)越性。在稠油較多油田區(qū)塊，如遼河油田，“長沖程、低沖速”黏稠油開采給這類抽油機提供了較大的發(fā)揮空間。

據(jù)了解，在中石油應(yīng)用無游梁式抽油機主要以塔式皮帶機為主，其中，鏈條寬帶抽油機用得最好。鏈條寬帶抽油機（8 m沖程，2次/min）在遼河油田6年多的改進完善，可靠性不斷增強，在遼河油田已基本得到認可。

另外，在中石油大港油田、大慶油田的一些采油廠，有兩種新機型正在試用。一種是試用1年多的復(fù)式永磁電動機抽油機，由于其效率和功率因數(shù)高，簡化了機械傳動環(huán)節(jié)，比普通電動機節(jié)電35%～57.6%；另一種是試用近2年的曲拉式抽油機，該機型結(jié)構(gòu)簡單，鋼材用量少，通過優(yōu)化滑輪位置、優(yōu)化力的傳輸實現(xiàn)節(jié)能，比普通機節(jié)能44.5%。以上2種新機型，雖然在設(shè)計方面有獨到之處，但若批量試用尚需2～3年時間。

中石化勝利油田發(fā)明了長環(huán)形齒條抽油機。該皮帶抽油機采用了鏈條抽油機“軌跡鏈條換向結(jié)構(gòu)”核心技術(shù)，獨創(chuàng)的“長軌形齒條換向結(jié)構(gòu)”主要是以齒條代替鏈條，以進一步提高可靠性；同時，又進一步縮短傳動鏈，提高機械效率。

發(fā)明者顧心懌院士表示，這是一次新的努力。當(dāng)然，由發(fā)明到成熟，再到通過實踐的檢驗和業(yè)內(nèi)的認可接受，還需一個過程。據(jù)稱，該抽油機近來已經(jīng)得到很好的應(yīng)用。

5 系統(tǒng)節(jié)能

抽油作業(yè)是一個系統(tǒng)，抽油機只是其中一個主要環(huán)節(jié)，節(jié)能還要看整個系統(tǒng)。油田的井下情況很復(fù)雜，判斷一種抽油機是否節(jié)能，還要考慮很多環(huán)節(jié)。

首先，“量體裁衣”很重要。在選用抽油機時，要根據(jù)油井產(chǎn)液量大小、動液面深淺、含水率及原油黏度大小等因素統(tǒng)籌考慮。小泵、深抽要考慮抽油機額定懸點載荷的滿足及用長沖程保證泵效；淺井、大泵要考慮減速器額定扭矩的滿足；淺井小泵可考慮采用玻璃鋼抽油桿和短沖程高沖速抽油機諧振抽油；原油黏度高、動液面深的油井，需要長沖程、低沖速的抽油機等。

其次，細化抽油機管理，依靠管理節(jié)能，非常關(guān)鍵。一方面，根據(jù)油井實際載荷，選配適合功率的電機，避免“大馬拉小車”；另一方面，及時調(diào)整抽油機平衡度。在不少新機型上井試驗中，這點效果很明顯。正如一位業(yè)內(nèi)人士所言：“管理水平就是節(jié)能?！?/p>

據(jù)國內(nèi)外專家研究稱，單純在抽油機上節(jié)能挖潛，節(jié)能不會超過8%。實際上，抽油機節(jié)能是一個系統(tǒng)的節(jié)能，從變壓器、低壓電路、電控柜、電動機、抽油機、抽油桿、抽油泵等組成的系統(tǒng)中綜合節(jié)能。加強抽油機的運行管理，同樣是節(jié)能降耗的有效途徑。

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.08.009

劉長勝，1994年畢業(yè)于勝利石油學(xué)校，2005年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（東營），高級工程師，從事采油技術(shù)管理工作，E-mail：liuchangsheng.slyt@sinopec.com，地址：山東東營勝利油田分公司孤東采油廠，257237。

2011-08-19）