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

黃晶陽 張雅春 李立強 王崇仁（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

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

黃晶陽 張雅春 李立強 王崇仁（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

目前油田普遍應(yīng)用的常規(guī)游梁式抽油機存在平衡性能相對較差、啟動扭矩大、使用大功率拖動電動機、耗能較高等問題，通過應(yīng)用下偏杠鈴復(fù)合平衡技術(shù)對常規(guī)抽油機進行了節(jié)能技術(shù)改造。原來的曲柄平衡方式變?yōu)榍c下偏杠鈴的復(fù)合平衡方式，削減了抽油機峰值扭矩，降低了電動機消耗功率，有效改善了抽油機平衡效果，平均節(jié)電率達到20.56%。在不改變原機結(jié)構(gòu)前提下，安裝方便，投入成本較低，十型機改造的節(jié)電總體效果高于六型機。

抽油機 下偏杠鈴 改善平衡 節(jié)能

隨著油田不斷開采，產(chǎn)量逐年下降、含水上升、開發(fā)成本不斷增高，節(jié)能降耗成為油田實施低成本戰(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，其結(jié)構(gòu)簡單，可靠耐用，一直占據(jù)著有桿泵采油設(shè)備的主導地位，但因其平衡性能相對較差，啟動扭矩大，通常使用大功率拖動電動機，使整個抽油系統(tǒng)的總體效率在20%～30%左右，耗能較高。據(jù)2006年數(shù)據(jù)，葡萄花油田機采井開井2 928口，其中抽油機井2 920口，螺桿泵井8口。抽油機采油方式應(yīng)用數(shù)量大，占機械采油井總數(shù)的99%以上。葡萄花油田有節(jié)能型抽油機730臺，常規(guī)游梁式抽油機2 190臺，常規(guī)機占總抽油機的74.8%。抽油機井平均系統(tǒng)效率20.37%，平均功率利用率22.89%，年耗電1.448 5×108kW·h。針對此問題，利用下偏杠鈴復(fù)合平衡技術(shù)對常規(guī)抽油機進行了節(jié)能改造。

1 抽油機節(jié)能改造結(jié)構(gòu)及原理

下偏杠鈴復(fù)合平衡抽油機基本結(jié)構(gòu)與常規(guī)游梁式抽油機一致[1]，只是在游梁式抽油機的游梁尾部增加一個圓餅形狀的下偏杠鈴，采用多塊方式，通過穿軸固定在鋼板上再與游梁連接，見圖1。杠鈴重心在游梁支撐中心以下，相對游梁下偏一個角度，充分利用連桿、橫梁、支架和減速箱間的空間。可根據(jù)負荷動態(tài)調(diào)整重錘質(zhì)量，將曲柄平衡機構(gòu)和游梁的平衡機構(gòu)有機地結(jié)合在一起，削減了峰值扭矩，減小了曲柄輸出扭矩的波動，降低了裝機功率，達到節(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應(yīng)，造成凈扭矩曲線的波動，上沖程峰值偏向一邊，存在負扭矩。偏杠鈴的作用是增加一條相應(yīng)的曲線進行復(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)合扭矩最大點發(fā)生在扭矩因數(shù)最大點附近，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應(yīng)，產(chǎn)生的平衡效果能較好地平衡載荷扭矩，達到較好的平衡效果，同時能夠減小減速器輪齒的受力，延長減速器的使用壽命。抽油機改造前后凈扭矩對比見圖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變化；

A——游梁前臂長。

圖2 抽油機改造前后凈扭矩對比

2 現(xiàn)場試驗分析

應(yīng)用下偏杠鈴節(jié)能技術(shù)改造后，現(xiàn)場測試功圖和電能參數(shù)分析表明，載荷降低，電動機工作電流下降，電動機做負功現(xiàn)象減少。抽油機載荷是呈規(guī)律性變化的動載荷，為驗證該裝置載荷變化，采用金時功圖診斷儀對其中的2口井進行了安裝前后的功圖測試。由測試結(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)場實際調(diào)整效果可以看出，對原不平衡井進行平衡調(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%；安裝下偏杠鈴并對其進行平衡調(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，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，見表1。

表1 調(diào)平衡與節(jié)能技術(shù)改造效果對比

3 節(jié)能效果分析

在能耗測試中，應(yīng)用抽油機電能多參數(shù)測試儀，對安裝前后電動機的有功功率、無功功率、視在功率及功率因數(shù)等電參數(shù)進行對比分析。

現(xiàn)場改造常規(guī)六型抽油機19口井，現(xiàn)場測試14口井，結(jié)果表明：平衡率由84%提高到93%，提高了9個百分點；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)場改造常規(guī)十型抽油機26口井，現(xiàn)場測試18口井，結(jié)果表明：平衡率由82%提高到92%，提高了10個百分點；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)場累計改造完成抽油機45口井，通過對比分析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臺下偏杠鈴改造抽油機累計投入費用117×104元。常規(guī)游梁式抽油機下偏杠鈴節(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28.8×104元。有效期按15年計算，累計創(chuàng)造經(jīng)濟效益432×104元，投入產(chǎn)出比為1∶3.79。

4 結(jié)論與認識

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

（2）從現(xiàn)場應(yīng)用情況看，在不改變原機結(jié)構(gòu)前提下，安裝方便，投入成本較低，十型機改造的節(jié)電總體效果高于六型機，因此在今后抽油機改造中應(yīng)以使用年限較長、載荷和機型偏大的十型機為主進行推廣應(yīng)用。

（3）抽油機下偏杠鈴節(jié)能技術(shù)改造，目前還無法實現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計，只能依據(jù)油井載荷變化范圍配置杠鈴質(zhì)量。十型機配重范圍在400～600 kg，六型機在200～400 kg，節(jié)能效果沒有達到最佳值，仍需對杠鈴配重與載荷變化進行單井優(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抽油機的影響[J].石油礦場機械,2007(2)：73.

[2]黃秀華,李學豐.下偏杠鈴復(fù)合平衡游梁式抽油機的節(jié)能效果分析[J].石油礦場機械,2001(4)：25.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.02.013

2011-01-06）

黃晶陽，2003畢業(yè)于中國石油大學（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，163517。