游梁式抽油機(jī)下偏杠鈴的節(jié)能技術(shù)改造

楊曉紅（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

大慶油田抽油機(jī)井約3.5 萬多口，大部分為常規(guī)型游梁式抽油機(jī)，約占抽油機(jī)裝機(jī)總量的49.6%，喇嘛甸油田共有常規(guī)游梁式抽油機(jī)1051臺，常規(guī)抽油機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但在其運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有能耗大的缺點(diǎn)，且時(shí)常出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象。直接對游梁式抽油機(jī)進(jìn)行更換，費(fèi)用高、投資大。為適應(yīng)油田低耗高效開發(fā)、節(jié)能降耗的需要，我們開展了常規(guī)抽油機(jī)改下偏杠鈴游梁復(fù)合平衡技術(shù)研究工作，以達(dá)到抽油機(jī)節(jié)能降耗的目的。

1 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.1 國外抽油機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

目前國外抽油機(jī)總的發(fā)展趨勢是：超大負(fù)荷、長沖程、低沖速；精確平衡；自動化、智能化；節(jié)能、高適應(yīng)性。游梁式抽油機(jī)經(jīng)過多年的發(fā)展，產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化程度日益提高，各種節(jié)能機(jī)型得到了普遍推廣，抽油機(jī)自動化控制系統(tǒng)也被廣泛使用，為適應(yīng)各種具體抽油條件的需要，研制應(yīng)用了液壓缸式抽油機(jī)、低沖速長沖程抽油機(jī)、緊湊型抽油機(jī)、增大沖程游梁抽油機(jī)、雙井平衡抽油機(jī)、雙驢頭抽油機(jī)、斜井及叢式井抽油機(jī)、低矮型抽油機(jī)等。 國外研制了多種節(jié)能抽油機(jī)，主要有異相曲柄平衡抽油機(jī)、前置式抽油機(jī)、美國Baldor 電氣公司生產(chǎn)的高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)驅(qū)動的抽油機(jī)、美國Lowjack 低矮型抽油機(jī)，此外還有旋轉(zhuǎn)驢頭式長沖程抽油機(jī)等[1]。

1.2 國內(nèi)抽油機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

近年來，國內(nèi)的抽油機(jī)技術(shù)有了很大的進(jìn)展，有多種新型抽油機(jī)投入了現(xiàn)場應(yīng)用。從發(fā)展趨勢看有以下一些特點(diǎn)：

1）節(jié)能已經(jīng)成為對抽油機(jī)生產(chǎn)和改造的基本要求。目前，我國陸上油田大多數(shù)已經(jīng)進(jìn)入中后期開發(fā)階段，隨著原油含水率的不斷上升，油層壓力和油井動液面的不斷下降，為了保持原油穩(wěn)產(chǎn)，即原油產(chǎn)量不隨含水率的降低而遞減，必須加大采液量，這樣采油成本必然增加。在采油成本中，抽油機(jī)電費(fèi)占30%左右。因此，要求抽油機(jī)不僅能滿足大排量提液的工藝要求，而且要具有能耗低的特點(diǎn)。近幾年投入使用的皮帶式抽油機(jī)、雙驢頭抽油機(jī)、擺桿式抽油機(jī)、磨擦輪抽油機(jī)等除了各自不同的特點(diǎn)，都具有一定的節(jié)能效果。

2）對老式抽油設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，目前主要采取的措施是更換抽油機(jī)機(jī)型、改善平衡狀況或是對電動機(jī)進(jìn)行更換或者配用節(jié)能箱等。

2 下偏杠鈴節(jié)能技術(shù)原理

將常規(guī)型游梁式抽油機(jī)改造成下偏杠鈴抽油機(jī)，是在常規(guī)型游梁式抽油機(jī)的游梁尾部增加一個(gè)下偏杠鈴，下偏杠鈴中心在游梁支撐中心以下，充分利用連桿、橫梁、支架和減速箱間的空間進(jìn)行直接平衡，改變游梁式抽油機(jī)的平衡方式，實(shí)現(xiàn)載荷大時(shí)力臂長，載荷小時(shí)力臂小，從而改善抽油機(jī)的平衡效果，下偏杠鈴所產(chǎn)生的平衡效果能較好的平衡載荷扭矩，降低減速器的峰值扭矩，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

目前常規(guī)抽油機(jī)和偏置式抽油機(jī)均采用曲柄平衡，曲柄平衡的抽油機(jī)只有當(dāng)曲柄旋轉(zhuǎn)到某一角度時(shí)才是完全平衡的。下偏杠鈴抽油機(jī)采用復(fù)合平衡的方式，即在抽油機(jī)的游梁尾部安裝一個(gè)帶有角度的游梁平衡重，并使其在抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)載荷最大時(shí)，游梁平衡重的力臂最長；抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)載荷小時(shí)，游梁平衡重的力臂變短，達(dá)到調(diào)徑變矩的目的，充分利用了平衡重的勢能，減小電動機(jī)的輸入功率，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。從抽油機(jī)三個(gè)典型位置（上死點(diǎn)、下死點(diǎn)、水平點(diǎn)）來看：懸點(diǎn)在下死點(diǎn)時(shí)，因加載懸點(diǎn)載荷較大，其下偏杠鈴的平衡力臂也較大，下偏杠鈴產(chǎn)生的平衡扭矩也最大，與載荷扭矩方向相反，在游梁上進(jìn)行第一次平衡，削去載荷峰值扭矩（二者均對游梁中座O取矩）使第一次平衡后載荷作用到曲柄輸出軸的扭矩TWN 不致于過大，并使其峰值接近90°；在上死點(diǎn)時(shí)，因卸載懸點(diǎn)載荷較小，其下偏杠鈴產(chǎn)生的力矩因平衡力臂K值的變小而減少。從而使載荷扭矩隨曲柄軸轉(zhuǎn)角變化而變化的規(guī)律盡可能與正弦規(guī)律相接近，達(dá)到加強(qiáng)抽油機(jī)的平衡效果，降低其曲柄軸輸出凈扭矩的峰值，減小其谷值，消除負(fù)扭矩，以降低其能耗的目的[2]。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)效果評價(jià)

選取3-3366 井進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，安裝內(nèi)插式下偏杠鈴節(jié)能裝置，該裝置由連接法蘭、杠鈴平衡體以及22 kW小功率電動機(jī)三大部分組成，數(shù)據(jù)對比見表1。

表1 喇3-3336井下偏杠鈴改造前后數(shù)據(jù)對比

2009年推廣應(yīng)用30 口，綜合節(jié)電率達(dá)到10.97%，實(shí)現(xiàn)年節(jié)電120 000 kWh，電價(jià)按0.631 8元/kWh 計(jì)算，獲效益75 816 元。下偏杠鈴節(jié)能改造單價(jià)2 萬元，投入費(fèi)用60 萬元，投資回收期36個(gè)月。

4 結(jié)論

抽油機(jī)下偏杠鈴節(jié)能升級改造既可用于新機(jī)制造，又可對大量現(xiàn)場在用的常規(guī)抽油機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。該技術(shù)通過改變其傳動機(jī)構(gòu)或平衡效果達(dá)到節(jié)能的目的。改造可在現(xiàn)場進(jìn)行，采用原有結(jié)構(gòu)和部件，繼承和保留原常規(guī)游梁式抽油機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn)，減少工作量，降低改造成本且改造時(shí)間短，費(fèi)用低，容易實(shí)施，改后結(jié)構(gòu)簡單、可靠、耐用、維護(hù)費(fèi)用低，同時(shí)還可降低減速箱和電動機(jī)功率的選型等級。下偏杠鈴的平衡重要根據(jù)油井具體工況情況進(jìn)行配置。改造后提高了整機(jī)在生產(chǎn)中的承載能力，能夠適應(yīng)油井在不同生產(chǎn)階段的產(chǎn)能變化規(guī)律，節(jié)能改造技術(shù)簡單易行，節(jié)能效益明顯，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]倪國軍.常規(guī)游梁式抽油機(jī)節(jié)能改造[J].新疆石油天然氣:2005.1.20-21.

[2]王秀芝.抽油機(jī)井節(jié)能潛力分析及節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工:2009.3.35-36.