抽油機(jī)下偏杠鈴節(jié)能改造技術(shù)在葡萄花油田的應(yīng)用

黃晶陽(yáng) 張雅春 李立強(qiáng) 王崇仁（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

抽油機(jī)下偏杠鈴節(jié)能改造技術(shù)在葡萄花油田的應(yīng)用

黃晶陽(yáng) 張雅春 李立強(qiáng) 王崇仁（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

目前油田普遍應(yīng)用的常規(guī)游梁式抽油機(jī)存在平衡性能相對(duì)較差、啟動(dòng)扭矩大、使用大功率拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)、耗能較高等問(wèn)題，通過(guò)應(yīng)用下偏杠鈴復(fù)合平衡技術(shù)對(duì)常規(guī)抽油機(jī)進(jìn)行了節(jié)能技術(shù)改造。原來(lái)的曲柄平衡方式變?yōu)榍c下偏杠鈴的復(fù)合平衡方式，削減了抽油機(jī)峰值扭矩，降低了電動(dòng)機(jī)消耗功率，有效改善了抽油機(jī)平衡效果，平均節(jié)電率達(dá)到20.56%。在不改變?cè)瓩C(jī)結(jié)構(gòu)前提下，安裝方便，投入成本較低，十型機(jī)改造的節(jié)電總體效果高于六型機(jī)。

抽油機(jī) 下偏杠鈴 改善平衡 節(jié)能

隨著油田不斷開(kāi)采，產(chǎn)量逐年下降、含水上升、開(kāi)發(fā)成本不斷增高，節(jié)能降耗成為油田實(shí)施低成本戰(zhàn)略的重要手段之一。目前油田普遍應(yīng)用的常規(guī)游梁式抽油機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠耐用，一直占據(jù)著有桿泵采油設(shè)備的主導(dǎo)地位，但因其平衡性能相對(duì)較差，啟動(dòng)扭矩大，通常使用大功率拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使整個(gè)抽油系統(tǒng)的總體效率在20%～30%左右，耗能較高。據(jù)2006年數(shù)據(jù)，葡萄花油田機(jī)采井開(kāi)井2 928口，其中抽油機(jī)井2 920口，螺桿泵井8口。抽油機(jī)采油方式應(yīng)用數(shù)量大，占機(jī)械采油井總數(shù)的99%以上。葡萄花油田有節(jié)能型抽油機(jī)730臺(tái)，常規(guī)游梁式抽油機(jī)2 190臺(tái)，常規(guī)機(jī)占總抽油機(jī)的74.8%。抽油機(jī)井平均系統(tǒng)效率20.37%，平均功率利用率22.89%，年耗電1.448 5×108kW·h。針對(duì)此問(wèn)題，利用下偏杠鈴復(fù)合平衡技術(shù)對(duì)常規(guī)抽油機(jī)進(jìn)行了節(jié)能改造。

1 抽油機(jī)節(jié)能改造結(jié)構(gòu)及原理

下偏杠鈴復(fù)合平衡抽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)與常規(guī)游梁式抽油機(jī)一致[1]，只是在游梁式抽油機(jī)的游梁尾部增加一個(gè)圓餅形狀的下偏杠鈴，采用多塊方式，通過(guò)穿軸固定在鋼板上再與游梁連接，見(jiàn)圖1。杠鈴重心在游梁支撐中心以下，相對(duì)游梁下偏一個(gè)角度，充分利用連桿、橫梁、支架和減速箱間的空間?？筛鶕?jù)負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)整重錘質(zhì)量，將曲柄平衡機(jī)構(gòu)和游梁的平衡機(jī)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合在一起，削減了峰值扭矩，減小了曲柄輸出扭矩的波動(dòng)，降低了裝機(jī)功率，達(dá)到節(jié)能的目的。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

常規(guī)游梁式抽油機(jī)采用的是曲柄平衡方式[2]，曲柄平衡扭矩曲線是一條正弦曲線，上、下沖程峰值發(fā)生在曲柄轉(zhuǎn)角90°和270°；載荷扭矩曲線是一條非對(duì)稱的正弦曲線，上沖程扭矩變化大，曲線斜度大，峰值扭矩發(fā)生在曲柄轉(zhuǎn)角60°，下沖程扭矩變化比上沖程扭矩變化平緩，扭矩峰值發(fā)生在曲柄轉(zhuǎn)角285°。載荷扭矩曲線的峰值與曲柄平衡扭矩曲線的峰值不對(duì)應(yīng)，造成凈扭矩曲線的波動(dòng)，上沖程峰值偏向一邊，存在負(fù)扭矩。偏杠鈴的作用是增加一條相應(yīng)的曲線進(jìn)行復(fù)合平衡，由于偏錘質(zhì)量在調(diào)整平衡后是常量，下偏重錘的平衡曲線是隨著減速器扭矩因數(shù)和偏重錘力矩變化而變化，復(fù)合扭矩最大點(diǎn)發(fā)生在扭矩因數(shù)最大點(diǎn)附近，所以偏錘平衡扭矩曲線的峰值能與復(fù)合扭矩曲線的峰值相對(duì)應(yīng)，產(chǎn)生的平衡效果能較好地平衡載荷扭矩，達(dá)到較好的平衡效果，同時(shí)能夠減小減速器輪齒的受力，延長(zhǎng)減速器的使用壽命。抽油機(jī)改造前后凈扭矩對(duì)比見(jiàn)圖2。扭矩曲線可由下式求出：

式中：

W——下偏杠鈴質(zhì)量；

L——杠鈴力矩，水平方向上它隨游梁擺動(dòng)變化；

A——游梁前臂長(zhǎng)。

圖2 抽油機(jī)改造前后凈扭矩對(duì)比

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析

應(yīng)用下偏杠鈴節(jié)能技術(shù)改造后，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試功圖和電能參數(shù)分析表明，載荷降低，電動(dòng)機(jī)工作電流下降，電動(dòng)機(jī)做負(fù)功現(xiàn)象減少。抽油機(jī)載荷是呈規(guī)律性變化的動(dòng)載荷，為驗(yàn)證該裝置載荷變化，采用金時(shí)功圖診斷儀對(duì)其中的2口井進(jìn)行了安裝前后的功圖測(cè)試。由測(cè)試結(jié)果可看出，載荷平均差值由安裝前23.91 kN降低到22.03 kN，降低了1.88 kN。

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)整效果可以看出，對(duì)原不平衡井進(jìn)行平衡調(diào)整可以起到節(jié)電的效果，但調(diào)整平衡較之下偏杠鈴改造的節(jié)電效果要小得多。

以7T117-74井為例，改造前平衡率為68%，進(jìn)行平衡調(diào)整后平衡率為89%，有功節(jié)電量為0.157 kW，節(jié)電率為4.04%；安裝下偏杠鈴并對(duì)其進(jìn)行平衡調(diào)整后平衡率為95%，有功節(jié)電量為0.855 kW，節(jié)電率為22.00%。由此可見(jiàn)，下偏杠鈴節(jié)能技術(shù)改造后，調(diào)平衡的效果只占一小部分，見(jiàn)表1。

表1 調(diào)平衡與節(jié)能技術(shù)改造效果對(duì)比

3 節(jié)能效果分析

在能耗測(cè)試中，應(yīng)用抽油機(jī)電能多參數(shù)測(cè)試儀，對(duì)安裝前后電動(dòng)機(jī)的有功功率、無(wú)功功率、視在功率及功率因數(shù)等電參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。

現(xiàn)場(chǎng)改造常規(guī)六型抽油機(jī)19口井，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試14口井，結(jié)果表明：平衡率由84%提高到93%，提高了9個(gè)百分點(diǎn)；有功功率由4.01 kW下降到3.33 kW，下降了0.67 kW；平均單井日節(jié)電16.08 kW·h，平均綜合節(jié)電率16.87%。

現(xiàn)場(chǎng)改造常規(guī)十型抽油機(jī)26口井，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試18口井，結(jié)果表明：平衡率由82%提高到92%，提高了10個(gè)百分點(diǎn)；有功功率由8.04 kW下降到6.28 kW，下降了1.76 kW；平均單井日節(jié)電42 kW·h，平均綜合節(jié)電率21.99%。

現(xiàn)場(chǎng)累計(jì)改造完成抽油機(jī)45口井，通過(guò)對(duì)比分析32口井總體效果，平均平衡率由84%提高到92%，平均有功功率下降1.29 kW，平均單井日節(jié)電30.96 kW·h，綜合節(jié)電率20.56%。

45臺(tái)下偏杠鈴改造抽油機(jī)累計(jì)投入費(fèi)用117×104元。常規(guī)游梁式抽油機(jī)下偏杠鈴節(jié)能技術(shù)改造，平均單井日節(jié)電30.96 kW·h，45口井年可節(jié)電50.15×104kW·h，節(jié)約電費(fèi)28.8×104元。有效期按15年計(jì)算，累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益432×104元，投入產(chǎn)出比為1∶3.79。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）常規(guī)游梁式抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)改造，將原來(lái)的曲柄平衡方式改為曲柄與下偏杠鈴的復(fù)合平衡方式，削減了抽油機(jī)峰值扭矩，降低了電動(dòng)機(jī)消耗功率，有效改善了抽油機(jī)平衡效果，平均節(jié)電率達(dá)到20.53%，達(dá)到了預(yù)期節(jié)能指標(biāo)。

（2）從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況看，在不改變?cè)瓩C(jī)結(jié)構(gòu)前提下，安裝方便，投入成本較低，十型機(jī)改造的節(jié)電總體效果高于六型機(jī)，因此在今后抽油機(jī)改造中應(yīng)以使用年限較長(zhǎng)、載荷和機(jī)型偏大的十型機(jī)為主進(jìn)行推廣應(yīng)用。

（3）抽油機(jī)下偏杠鈴節(jié)能技術(shù)改造，目前還無(wú)法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)，只能依據(jù)油井載荷變化范圍配置杠鈴質(zhì)量。十型機(jī)配重范圍在400～600 kg，六型機(jī)在200～400 kg，節(jié)能效果沒(méi)有達(dá)到最佳值，仍需對(duì)杠鈴配重與載荷變化進(jìn)行單井優(yōu)化研究。

[1]龐小謙,季祥云,于勝存,等.下偏杠鈴慣性力及其對(duì)抽油機(jī)的影響[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2007(2)：73.

[2]黃秀華,李學(xué)豐.下偏杠鈴復(fù)合平衡游梁式抽油機(jī)的節(jié)能效果分析[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2001(4)：25.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.02.013

2011-01-06）

黃晶陽(yáng)，2003畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），工程師，從事采油工程工作，E-mail：huangjingyang@petrochina.com.cn，地址：大慶市大同區(qū)第七采油廠工程技術(shù)大隊(duì)，163517。