大慶油田抽油機(jī)節(jié)能分析

王文喜

（大慶油田有限責(zé)任公司采油一廠第二油礦，黑龍江 大慶 163000）

在油田開發(fā)過程中，采油的方式通常是指把流到井底的原油采到地面所用到的方法，基本上分為兩大類：一類是依靠藏油本身的能量使原油噴到地面，叫做自噴采油；另一類是借助外界能量將原油采到地面，叫做機(jī)械采油。目前，大慶油田開發(fā)已進(jìn)入開發(fā)中后期，油田已逐漸喪失自噴能力，而采用抽油機(jī)采油的油井占油田油井總數(shù)的90%以上，而目前所用的抽油機(jī)總體效率偏低，能耗大，以目前油田生產(chǎn)用電占油田用電量45%左右考慮，如果抽油機(jī)總體系統(tǒng)效率提高，可以節(jié)約大量能源，實(shí)現(xiàn)低碳生產(chǎn)的目的，節(jié)能成為抽油機(jī)系統(tǒng)需要重點(diǎn)解決的問題之一。

1 抽油機(jī)的能量損失原因

提高游梁式抽油機(jī)裝置的系統(tǒng)效率與油井本身的條件有密切的關(guān)系。抽油機(jī)系統(tǒng)的能量傳遞是電機(jī)的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能在傳遞過程中逐漸降低，具體損失有以下幾部分組成：電動(dòng)機(jī)部分損失，包括熱損失和機(jī)械損失，稱為電機(jī)損失；帶傳動(dòng)部件部分損失，主要是傳動(dòng)中的摩擦損失，稱為皮帶損失；減速箱內(nèi)部分損失，主要是傳動(dòng)中的摩擦損失，稱為減速箱損失；四連桿裝置，主要是軸承摩擦損失和鋼絲繩變形損失，稱為四連桿損失；抽油桿部分損失，主要是摩擦損失和彈性變形損失，稱為抽油桿損失；抽油泵部分損失，包括機(jī)械損失，容積損失與水利損失，統(tǒng)稱之為抽油泵損失；井下管柱部分損失，稱為管柱損失。所以要提高效率，主要措施是減少能量傳遞過程中各環(huán)節(jié)的能量損耗。

2 抽油機(jī)節(jié)能措施

2.1 采用節(jié)能設(shè)備。目前抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)主要從三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)節(jié)能：

2.1.1 人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，主要是改變電源頻率，以實(shí)現(xiàn)與負(fù)荷特性的柔性配合。

2.1.2 從設(shè)計(jì)上改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(如高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)和超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī))，從而改善電動(dòng)機(jī)與抽油機(jī)的配合。

2.1.3 提高電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和功率因數(shù)。已成功研制了超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)、電磁滑差電動(dòng)機(jī)、稀土永磁電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)、雙功率電動(dòng)機(jī)、繞線式異步電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)調(diào)壓裝置和抽油機(jī)蓄能調(diào)壓裝置等。

2.2 降低皮帶傳遞損失。不同的皮帶傳動(dòng)方式，其傳動(dòng)效率不同，窄V帶的傳動(dòng)效率要比普通V帶的傳動(dòng)效率高。在實(shí)際生產(chǎn)中，要盡量選用傳動(dòng)效率高的傳動(dòng)方式，如窄V帶和同步帶，其傳動(dòng)比準(zhǔn)確，不打滑。同時(shí)，保持皮帶大小輪四點(diǎn)一線，以及皮帶合理張進(jìn)度，也是降低功率損耗的重要方面。

2.3 改進(jìn)結(jié)構(gòu)形式。通過改變抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)，優(yōu)化相關(guān)尺寸配比，以降低抽油機(jī)的轉(zhuǎn)矩因數(shù)，從而降低抽油機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩及其波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.3.1 采用偏置式抽油機(jī)。偏置式抽油機(jī)的曲柄平衡塊中心線與曲柄對(duì)稱中心線偏離一個(gè)角度，可以進(jìn)一步優(yōu)化四連桿機(jī)構(gòu)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，改變抽油機(jī)曲柄凈扭矩曲線的形狀和大小，使其波動(dòng)平坦，減小負(fù)扭矩，從而減少抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)，運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)“快提慢放”，提高電動(dòng)機(jī)的工作效率，達(dá)到節(jié)能目的。

2.3.2 采用前置式抽油機(jī)。前置式抽油機(jī)為重型長(zhǎng)沖程抽油機(jī)。目前在油田廣泛使用的是12型、16型兩種機(jī)型。從工作扭矩曲線分析，前置式抽油機(jī)平衡后的理論凈扭矩曲線是一條接近水平的直線，因此其運(yùn)動(dòng)平衡，減速箱齒輪基本無(wú)反向負(fù)荷，連桿游梁不易疲勞損壞，機(jī)械磨損小，噪聲比常規(guī)式抽油機(jī)低，整機(jī)壽命長(zhǎng)。計(jì)算和測(cè)量表明，與同級(jí)別的常規(guī)式抽油機(jī)相比，前置式抽油機(jī)可配置較小功率的電動(dòng)機(jī)，其效率可提高20%，節(jié)能效果顯著。

2.4 改進(jìn)平衡方式。改進(jìn)抽油機(jī)的平衡方式，提高抽油機(jī)的平衡度，可以降低減速器輸出軸轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)幅度，達(dá)到節(jié)能的目的。

2.4.1 平衡相位角。前面提到的偏置抽油機(jī)的曲柄平衡塊中心線與曲柄對(duì)稱中心線構(gòu)成一定的夾角Y，稱為平衡相位角，這個(gè)角存在的原因，主要是因?yàn)槌橛蜋C(jī)下死點(diǎn)對(duì)應(yīng)的曲柄位置比常規(guī)機(jī)“滯后”了一個(gè)相位角，為了平衡扭矩與載荷扭矩對(duì)齊，偏置這樣一個(gè)角度。很多其它結(jié)構(gòu)的抽油機(jī)也應(yīng)用這一平衡方法。

2.4.2 變距平衡。所謂變距平衡原理：即抽油機(jī)尾梁平衡配重的力臂是變化的，使得平衡扭矩可以改變。在上行抽油載荷最大時(shí)，其平衡重的力臂也最大，下行時(shí)平衡塊儲(chǔ)能用以克服負(fù)扭矩，從而提高了電機(jī)的功率利用率。這種平衡節(jié)能技術(shù)，解決的是抽油載荷正常生產(chǎn)時(shí)的周期變化。運(yùn)用變距節(jié)能原理的典型應(yīng)用事例就是雙驢頭抽油機(jī)。

2.5 采用節(jié)能電控裝置

在抽油機(jī)上配備節(jié)能電控裝置，在油田節(jié)能改造技術(shù)上具有投入低、節(jié)能效果顯著以及使用方便等特點(diǎn)。油田目前應(yīng)用比較廣泛的節(jié)能電控裝置主要有以下3種：繼電接觸器調(diào)壓節(jié)能。抽油機(jī)起動(dòng)時(shí)都是帶載起動(dòng)，慣性矩較大，且總在上下死點(diǎn)處起動(dòng)，油田在選配電機(jī)時(shí)為了啟動(dòng)順利，不影響生產(chǎn)，一般按最大扭矩選配電機(jī)，而抽油機(jī)起動(dòng)后正常工作時(shí)平均轉(zhuǎn)矩與最大扭矩相比又較低，所以電機(jī)輸人功率僅有額定功率的三分之一，這是造成抽油機(jī)整體系統(tǒng)效率低的主要原因。

通過變頻調(diào)速器降速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，是抽油機(jī)節(jié)能電控裝置的發(fā)展方向，已經(jīng)在我國(guó)部分油田開始得到了應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速器的性能將進(jìn)一步提高，在抽油機(jī)節(jié)能裝置改造上也會(huì)得到進(jìn)一步的推廣。

采用間抽控制器。低滲透油田由于地層滲流能力差，低產(chǎn)低效油井比例比較高，而抽油機(jī)是按照油井最大化的抽取量來(lái)進(jìn)行選擇的，會(huì)形成很低的泵效，也會(huì)浪費(fèi)大量的電能。如果將泵效較低的油井調(diào)低降低工作參數(shù)后，泵效仍然較低，就可以對(duì)這類油井實(shí)行間開制度。抽油機(jī)裝配間抽控制器后，當(dāng)油井出液量不足或發(fā)生空抽時(shí)，它就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉抽油機(jī)，等待井下液量的蓄積，當(dāng)液面超過一定深度時(shí)，再自動(dòng)開啟抽油機(jī)，這樣就提高了抽油機(jī)的工作效率，避免了大量的電能浪費(fèi)。

大慶油田通過推廣、應(yīng)用抽油機(jī)節(jié)能電控裝置，在確保產(chǎn)量快速發(fā)展的同時(shí)，又最大限度地節(jié)約了電能，在抽油機(jī)節(jié)能改造實(shí)施工作中取得了良好的效果。同時(shí)在抽油機(jī)節(jié)能方面還可以采用節(jié)能元部件，如窄V型帶傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)等；改進(jìn)平衡方式，如采用氣動(dòng)平衡或天平平衡等；改進(jìn)“三抽”系統(tǒng)部件，有采用抽油桿導(dǎo)向器、空心抽油桿、減振式懸繩器等部件，都可提高三抽系統(tǒng)的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的。

結(jié)論

影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率的因素很多，必須結(jié)合具體生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，才能找到影響某一口井的主要因素；找到主要影響因素后，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制訂可性行的優(yōu)化設(shè)備方案，提高可操作性；優(yōu)化設(shè)計(jì)抽油機(jī)井的生產(chǎn)參數(shù)，可以達(dá)到提高系統(tǒng)效率的目的，從而達(dá)到提高抽油機(jī)系統(tǒng)的整體管理水平。

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