抽油機(jī)節(jié)能控制技術(shù)的應(yīng)用分析

邢 磊 李發(fā)旭

（長(zhǎng)慶油田第三采油廠，寧夏 銀川 750006）

抽油機(jī)節(jié)能控制技術(shù)的應(yīng)用分析

邢 磊 李發(fā)旭

（長(zhǎng)慶油田第三采油廠，寧夏 銀川 750006）

我國(guó)油井大多采用的常規(guī)游梁式抽油機(jī)，存在著能耗大的缺點(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油的需求量越來(lái)越大，原油開(kāi)采的難度增大，開(kāi)采成本增加，對(duì)常規(guī)抽油設(shè)備進(jìn)行節(jié)能控制，或采用新型節(jié)能抽油設(shè)備，對(duì)降低開(kāi)采成本，提高油田經(jīng)濟(jì)效益并達(dá)到國(guó)家節(jié)能減排的要求具有重要意義。本文就抽油機(jī)采油系統(tǒng)節(jié)能控制技術(shù)應(yīng)用必要性、抽油機(jī)能耗大的原因及解決方案、抽油機(jī)節(jié)能控制技術(shù)的應(yīng)用等幾方面進(jìn)行了論述。

抽油機(jī)；節(jié)能控制技；應(yīng)用

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)對(duì)石油的需求量增長(zhǎng)快速，由于不斷的開(kāi)采，使我國(guó)油田中自噴井越來(lái)越少，很大一部分油井已進(jìn)入中后期開(kāi)發(fā)階段，原油的含水量不斷增加，油井動(dòng)液面和油層壓力成下降趨勢(shì)。原油產(chǎn)量隨著含水率的升高而遞減，必須加大采液量才能保證原油穩(wěn)產(chǎn)，并且開(kāi)采時(shí)需要靠注水壓油入井，再用抽油機(jī)把石油抽上來(lái)，所以機(jī)械采油已成為國(guó)內(nèi)各油田主要的原油開(kāi)采方式。目前機(jī)采方式又分為抽油機(jī)采油﹑螺桿泵采油和電泵采油。其中抽油機(jī)在油田開(kāi)采中的應(yīng)用量非常大，是很重要的開(kāi)采裝備。傳統(tǒng)的抽油機(jī)需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)，普遍存在著起動(dòng)沖擊大，運(yùn)行耗能多，效率低下﹑斷桿﹑燒電機(jī)等等諸多問(wèn)題。如果能把現(xiàn)有的抽油機(jī)的能耗降下來(lái)，將為油田的生產(chǎn)節(jié)約大量成本，大幅提高油田有經(jīng)濟(jì)效益。

一﹑抽油機(jī)采油系統(tǒng)節(jié)能控制技術(shù)應(yīng)用必要性

抽油機(jī)的使用已超過(guò)100年的歷史，到現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外油田仍普遍使用。抽油機(jī)中最為常用的是常規(guī)游梁式抽油機(jī)，其開(kāi)采的油量占全部機(jī)械采油的80%以上，這種抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單﹑制造容易﹑可靠性高﹑耐久性好﹑維修方便等特點(diǎn)，但這些特點(diǎn)也決定了常規(guī)游梁式抽油機(jī)載荷率低﹑效率低和能耗大等缺點(diǎn)。我國(guó)90%以上的油井需要抽油機(jī)采油，使抽油機(jī)能耗占到了采油成本的40%以上，僅次于注水成本。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型的抽油機(jī)也不斷的出現(xiàn)，如國(guó)產(chǎn)數(shù)控抽油機(jī)﹑鏈條式抽油機(jī)﹑液壓抽油機(jī)等等，但這些新型的抽油機(jī)都存在著一些問(wèn)題如價(jià)格昂貴﹑性能不可靠﹑維修保養(yǎng)不方便﹑操作技術(shù)要求高等，這些問(wèn)題限制了新型抽油機(jī)的進(jìn)一步推廣使用。因此研究開(kāi)發(fā)新型節(jié)能型抽油機(jī)和對(duì)現(xiàn)有的抽油機(jī)進(jìn)行節(jié)能控制顯得非常重要，這對(duì)降低采油成本，提高油田企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及達(dá)到國(guó)家節(jié)能減排的要求具有非常重要的意義。

二﹑抽油機(jī)能耗大的原因及解決方案

抽油機(jī)能耗大的主要原因是：①由于曲柄配重形成幾何偏心，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量極大，必須要配套大容量電機(jī)才能正常啟動(dòng)，而運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)又導(dǎo)致了大馬拉小車(chē)現(xiàn)象，使無(wú)功損耗增加；②不同的曲柄角度的平衡效果是不一樣的，平衡效果越差，能耗就越大；③抽油桿下落時(shí)所釋放的機(jī)械能除了部分轉(zhuǎn)變成平衡重的位能，還有部分通過(guò)電機(jī)的再生發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)化成了電能，但所產(chǎn)生電能又不能被電網(wǎng)全部吸收，造成了能量的浪費(fèi)；④負(fù)轉(zhuǎn)矩的存在又加速了曲柄銷(xiāo)的破壞，使減速器的齒輪經(jīng)常受反向負(fù)荷，降低了抽油機(jī)的使用壽命。

抽油機(jī)采油系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)子系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)及控制裝置﹑連桿機(jī)構(gòu)﹑懸點(diǎn)載荷平衡裝置和傳動(dòng)元件。降低抽油機(jī)能耗可以從幾個(gè)子系統(tǒng)方面入手，目前的節(jié)能技術(shù)研究主要是對(duì)抽油機(jī)本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，而達(dá)到節(jié)能的目的。一是減少傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，減少運(yùn)動(dòng)件，從而減少摩擦，降低傳動(dòng)所需的動(dòng)能，提高機(jī)械效率。二是改變平衡方式，減少啟動(dòng)所需的功率，從而減小裝機(jī)功率，改變大馬拉小車(chē)的現(xiàn)象。三是針對(duì)現(xiàn)有抽油機(jī)安裝節(jié)能控制裝置。

三﹑抽油機(jī)節(jié)能控制技術(shù)的應(yīng)用

1改進(jìn)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)

優(yōu)化設(shè)計(jì)抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)和改變抽油機(jī)平衡方式，從而改變抽油機(jī)曲柄軸凈扭矩曲線，達(dá)到減小負(fù)扭矩目的，使扭矩波動(dòng)趨于平緩，減小抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)，以提高電動(dòng)機(jī)的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的。通過(guò)改進(jìn)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)，成為新一代的節(jié)能型抽油機(jī)，主要有異相曲柄平衡抽油機(jī)﹑直線電機(jī)式抽油機(jī)﹑雙驢頭抽油機(jī)﹑前置式抽油機(jī)﹑漸開(kāi)線抽油機(jī)等，這些新型節(jié)能型抽油機(jī)在保持常規(guī)游梁式抽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，還具有了低沖次節(jié)能和系統(tǒng)效率高等優(yōu)點(diǎn)。其中，漸開(kāi)線抽油機(jī)是其中的典型代表，不但節(jié)能效果好，還使曲柄軸凈扭矩曲線變化平緩，消除了負(fù)扭矩，降低了減速箱額定扭矩，減少了裝機(jī)功能，是新型抽油機(jī)的研發(fā)的主要方向。

2電機(jī)定子繞組調(diào)壓控制技術(shù)

因游梁式抽油機(jī)的裝機(jī)功率較大，只在啟動(dòng)時(shí)才負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)游梁式抽油機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，工作的功率僅為裝機(jī)功率的三分之一左右，針對(duì)這種大馬拉小車(chē)的情況，采用繼電接觸器對(duì)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)定子繞組進(jìn)行切換，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)調(diào)壓的目的，達(dá)到有效降壓節(jié)能的效果。抽油機(jī)要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)時(shí)定子繞組接成三角形，當(dāng)啟動(dòng)后正常工作時(shí)，定子繞組就會(huì)改變接法，改為星接法，通過(guò)改變電機(jī)定子繞組的接法實(shí)現(xiàn)減壓的功能，從而減少了電量的浪費(fèi)。

3節(jié)能控制裝置的應(yīng)用

根據(jù)基本原理，節(jié)能控制裝置可為兩類(lèi)，一種是變頻控制裝置，另一種是電能跟蹤回饋裝置。變頻控制裝置可以根據(jù)需要改變電源頻率，降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，減小電機(jī)的功率，改善電網(wǎng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，降低了能耗。但該類(lèi)裝置存在著頻率降低時(shí)，沖次變小，影響油井的產(chǎn)量的缺點(diǎn)。電能跟蹤補(bǔ)償裝置使用的是晶閘管調(diào)壓調(diào)流控制技術(shù)，利用集成控制模塊動(dòng)態(tài)的根據(jù)負(fù)載變化來(lái)調(diào)節(jié)輸入電機(jī)的電壓和電流，電流始終保持在適合抽油機(jī)工作的狀態(tài)上，保證電動(dòng)機(jī)的輸出功率與負(fù)荷需求精確匹配。這種裝置可以自動(dòng)跟隨控制，在不減少抽油量的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。這類(lèi)裝置配還具有軟啟動(dòng)功能，減少了沖擊電流對(duì)電機(jī)絕緣的破壞﹑降低電機(jī)運(yùn)行溫度﹑延長(zhǎng)使用壽命，提高了抽油機(jī)的適用性，達(dá)到高效節(jié)能的目的。

總之，在當(dāng)前石油開(kāi)采難度增大的情況下，要保證原油產(chǎn)量，并達(dá)到節(jié)能減排的要求，就必須研發(fā)新的節(jié)能控制技術(shù)，并對(duì)現(xiàn)有的抽油設(shè)備進(jìn)行必要的改造，才能節(jié)約能源，提高抽油機(jī)的工作效率﹑延長(zhǎng)使用壽命，并提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]張立新．抽油機(jī)節(jié)電控制系統(tǒng)研究[J]．才智,2012（11）．

[2]劉晨,趙萬(wàn)春．常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能潛力分析及對(duì)策[J]．石油和化工設(shè)備,2011（14）．

[3]魏興旺．基于PLC控制技術(shù)的抽油機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．中國(guó)科技信息,2010（18）．

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