游梁式抽油機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)

陶營(yíng)

游梁式抽油機(jī)是油田生產(chǎn)企業(yè)最主要機(jī)械采油設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)各類(lèi)抽油機(jī)總數(shù)超過(guò)20萬(wàn)臺(tái)，其中游梁式抽油機(jī)占油田在現(xiàn)在應(yīng)用的抽油機(jī)總數(shù)中達(dá)到90%以上。該文主要針對(duì)游梁式抽油機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)行分析和討論。

游梁式；抽油機(jī)；技術(shù)特點(diǎn)；應(yīng)用

游梁式抽油機(jī)在油田生產(chǎn)中發(fā)揮的重要作用，如何能夠更好地認(rèn)識(shí)和應(yīng)用這種抽油機(jī)的技術(shù)，對(duì)于我們提高工作效率、改進(jìn)工作水平具有重要的意義。

1.抽油機(jī)“無(wú)功損耗”分析特點(diǎn)

作為耗能大戶(hù)，抽油機(jī)的節(jié)能廣泛受到關(guān)注，部分理論認(rèn)為，游梁式抽油機(jī)通常采用普通電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)功率因數(shù)和負(fù)載率往往較低，常常在低于30%情況下運(yùn)行，通過(guò)實(shí)施某些新技術(shù)或增加無(wú)功補(bǔ)償裝置就可將功率因數(shù)提高到90%以上，因此大大減小電機(jī)的無(wú)功損耗，起到大幅度節(jié)約能源的目的。

針對(duì)這種認(rèn)識(shí)，我們需要理清一下什么是無(wú)功功率，在具有電感和電容的電路里，這些儲(chǔ)能元件在半周期的時(shí)間里把電源能量變成磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）的能量存起來(lái)，在另半周期的時(shí)間里對(duì)已存的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）能量送還給電源。我們把與電源交換能量的速率的振幅值叫做無(wú)功功率。它不對(duì)外做功只是與電源進(jìn)行能量交換，才被定義為無(wú)功功率，但它決不是無(wú)用功功率，電動(dòng)機(jī)需要有無(wú)功功率才能建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也同樣需要有無(wú)功功率，才能使變壓器的一次線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在二次線(xiàn)圈感應(yīng)出電壓。因此，沒(méi)有無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也不能變壓。

對(duì)于供電系統(tǒng)，如果出現(xiàn)低功率因數(shù)運(yùn)行的情況，會(huì)造成發(fā)電機(jī)有功功率的輸出降低，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮等不良影響，因此在電網(wǎng)中必須設(shè)置一些無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償功率因數(shù)的降低。對(duì)于具體的用電設(shè)備來(lái)說(shuō)，無(wú)功功率增加會(huì)使電流增加造成部分用電設(shè)備有用功增加，對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)無(wú)用功功率增大，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)線(xiàn)損增加，但是由于電機(jī)內(nèi)阻較小，通常可以忽略不計(jì)。

此對(duì)于用電設(shè)備來(lái)講，提高功率因數(shù)不可能顯著降低設(shè)備的耗電。

2.游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)

“游梁式抽油機(jī)”實(shí)際是機(jī)械采油系統(tǒng)的代稱(chēng)，應(yīng)該指由抽油機(jī)—抽油桿—抽油泵組成的采油系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，抽油機(jī)是系統(tǒng)的動(dòng)力提供裝置，它所提供的能量是包括抽油泵、抽油桿、油管以及電機(jī)、輸出管線(xiàn)等等在內(nèi)的機(jī)械采油系統(tǒng)能量消耗總和，在游梁式抽油機(jī)—抽油桿—抽油泵組成的機(jī)械采油系統(tǒng)中，抽油機(jī)的效率是最高的，設(shè)計(jì)合理的常規(guī)游梁式抽油機(jī)，不計(jì)減速器效率的情況下效率可達(dá)90%以上，其他結(jié)構(gòu)形式的抽油機(jī)是難以做到的，系統(tǒng)的效率較低，主要是抽油泵、抽油桿等的效率較低，即使是抽油機(jī)、電機(jī)的綜合效率達(dá)到1，則系統(tǒng)的效率仍然為30～45%，因此在這個(gè)有多個(gè)系統(tǒng)組成的串聯(lián)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中，研究節(jié)能問(wèn)題需要從提高三抽系統(tǒng)效率著手，片面強(qiáng)調(diào)地面設(shè)施的節(jié)能，是難以取得理想效果的。

3.游梁式抽油機(jī)功率匹配分析

在應(yīng)用中，有種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為游梁式抽油機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，為克服這一問(wèn)題抽油機(jī)通常需要配備較大的電機(jī)，以確保抽油機(jī)能夠正常使用，由于游梁式抽油機(jī)所配電機(jī)功率較大，正常工作時(shí)。負(fù)載率低，大馬拉小車(chē)，所以造成能源的大量浪費(fèi)?！庇瘟菏匠橛蜋C(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩真得很大嗎？

游梁式抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸出軸上的凈扭矩等于懸點(diǎn)載荷在曲柄上產(chǎn)生的扭矩與曲柄產(chǎn)生的平衡力矩作用之和，抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)通常是在上下死點(diǎn)位置時(shí)啟動(dòng)，此位置時(shí)游梁式抽油機(jī)扭矩因數(shù)最小，懸點(diǎn)載荷在曲柄上產(chǎn)生的力矩和曲柄本身產(chǎn)生的平衡力矩都接近于零，這時(shí)曲柄凈扭矩和電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩也是最小的，如果抽油機(jī)停機(jī)在上下死點(diǎn)位置時(shí)，一個(gè)人的力量就可以推動(dòng)抽油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，如果是下死點(diǎn)啟動(dòng)由于曲柄位置最高，儲(chǔ)備足夠能量將更有利于抽油機(jī)的啟動(dòng)，游梁式抽油機(jī)光桿是做近似余弦加速度規(guī)律運(yùn)動(dòng)的，無(wú)突變載荷，這些因素都有利于抽油機(jī)的啟動(dòng)，相反啟動(dòng)扭矩大是某些非游梁式抽油機(jī)的特點(diǎn)。從另一方面講，即便是抽油機(jī)起動(dòng)力矩真的很大，由于電動(dòng)機(jī)本身具有較強(qiáng)的抗過(guò)載能力，短時(shí)間的過(guò)載使用，使電動(dòng)機(jī)功率提高到額定功率的兩倍左右也不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生影響。

因此從抽油機(jī)正常使用來(lái)看無(wú)需人為增大電機(jī)功率，如果用戶(hù)在使用過(guò)程中測(cè)量電機(jī)電流與電機(jī)額定電流相差較大，可以更換較小的電機(jī)。

4.電流參數(shù)配置分析

由于抽油機(jī)電機(jī)配置需要考慮做業(yè)時(shí)舉升曲柄條件需求，修井做業(yè)時(shí)需要在脫開(kāi)光桿的情況下舉升曲柄，在抽油機(jī)負(fù)載率較大時(shí)，曲柄平衡力矩達(dá)到較大，此時(shí)游梁式抽油機(jī)電機(jī)工作力矩要比正常工作時(shí)大的多的，作業(yè)時(shí)，游梁式抽油機(jī)常需采用往復(fù)擺動(dòng)曲柄的方法甩上曲柄，或采用提前調(diào)整平衡塊、吊車(chē)輔助作業(yè)等方法完成舉升曲柄工作，所以抽油機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)不需要根據(jù)舉升曲柄這一特殊需要選配電機(jī)，對(duì)于非游梁式抽油機(jī)如果平衡系統(tǒng)采用的是重塊平衡，想利用電機(jī)的力量提升平衡重塊難度會(huì)更大這里不做分析。

另外，抽油機(jī)所配電機(jī)功率大并不一定會(huì)造成能耗大幅度提高。雖然抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需功率的大小取決于載荷的大小，而非取決于電機(jī)額定功率的大小，一般來(lái)講電動(dòng)機(jī)負(fù)載率在25～90%范圍內(nèi)效率較高，效率達(dá)到80～90%，如果電動(dòng)機(jī)負(fù)載率低于25%或超載時(shí)才會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)效率顯著降低，抽油機(jī)電機(jī)選大，可滿(mǎn)足更多做業(yè)條件的需要，功耗并非顯著增加，考慮到提高電機(jī)使用壽命，建議電機(jī)的最大電流最好不要超過(guò)電機(jī)額定電流。

5.抽油機(jī)的合理選型及配備分析

常常有人把抽油機(jī)匹配電機(jī)的大小作為衡量抽油機(jī)是否節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，也有人認(rèn)為：“低沖次抽油機(jī)可以匹配較小功率的電機(jī)，因此可以大幅度節(jié)約能源，游梁式抽油機(jī)應(yīng)向低沖次方向發(fā)展?！背橛蜋C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需功率與抽油機(jī)的沖次成正比，每分鐘運(yùn)轉(zhuǎn)10次和運(yùn)轉(zhuǎn)2次的抽油機(jī)裝機(jī)功率當(dāng)然會(huì)有顯著的變化，但是抽油機(jī)的沖次與原油產(chǎn)量有著密切的關(guān)系，游梁式抽油機(jī)能夠適應(yīng)高沖次的工作條件下運(yùn)行，這正是其歷經(jīng)百年長(zhǎng)盛不衰重要原因之一，游梁式抽油機(jī)具有較寬的使用范圍，可以滿(mǎn)足每天0～300方排量的使用要求。

對(duì)于有低沖次需求的井礦，用戶(hù)只需要匹配低速電機(jī)或調(diào)速電機(jī)既可滿(mǎn)足要求，因?yàn)槌橛蜋C(jī)沖次降低，所需電機(jī)功率也隨之減少所以匹配低速電機(jī)不會(huì)造成成本的大量增加

6.游梁式抽油機(jī)的成本投入價(jià)值分析

由于游梁式抽油機(jī)存在著單機(jī)重量高，生產(chǎn)成本高，購(gòu)置成本高的傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)，在人們的認(rèn)識(shí)中存在一定的不理解。其實(shí)，對(duì)于中小型抽油機(jī)來(lái)說(shuō)，游梁式抽油機(jī)生產(chǎn)成本并不高于非游梁式抽油，對(duì)于較大型號(hào)游梁式抽油機(jī)與同型號(hào)的非游梁式抽油機(jī)相比，游梁式抽油機(jī)重量最高，制造成本較高，尤其是沖程5米以上的游梁式抽油機(jī)其制造成本將會(huì)顯著提高，但是，游梁式抽油機(jī)具有很高的可靠性，可以節(jié)省大量銷(xiāo)售、服務(wù)費(fèi)用，因此游梁式抽油機(jī)仍然是目前市場(chǎng)上價(jià)格最低廉的抽油機(jī)。

7.游梁式抽油機(jī)發(fā)展前景

在中國(guó)抽油機(jī)市場(chǎng)一度出現(xiàn)“繁榮”的局面，針對(duì)抽油機(jī)的設(shè)計(jì)以及配套裝置的設(shè)計(jì)品種不斷涌現(xiàn)，但是真正能夠經(jīng)得起時(shí)間考驗(yàn)長(zhǎng)期被用戶(hù)接收的少之又少，分析原因，主要是由于他們都是在以上列舉的針對(duì)游梁式抽油機(jī)錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)指導(dǎo)下研發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品，所以其產(chǎn)品是難以達(dá)到預(yù)期效果。

由于歷史原因，我國(guó)游梁式抽油機(jī)的發(fā)展走的是一條自我發(fā)展的道路，作為中國(guó)石油裝備制造企業(yè)也生產(chǎn)了大量的抽油機(jī)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品沒(méi)有與世界接軌，有的技術(shù)水平較高，有的不盡人意，這就難免走一些彎路，今后我國(guó)抽油機(jī)的研發(fā)和選型，還是應(yīng)該多借鑒一些世界發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，如果產(chǎn)品能夠等同采用API標(biāo)準(zhǔn)，這樣對(duì)于原油生產(chǎn)單位提高綜合效益、有效降低成本有著更為重要的意義。