游梁抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)負(fù)載特性分析與調(diào)整措施

郭慶云

摘 要：油田生產(chǎn)游梁式抽油機(jī)在選配電機(jī)時(shí)為了起動(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)輸入功率僅有額定功率的二分之一。即所謂“大馬拉小車”的情況，而且較低的負(fù)載率導(dǎo)致電機(jī)偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)，功率因數(shù)和效率降低，造成較大的能量損失。本文通過對(duì)電動(dòng)機(jī)星與角轉(zhuǎn)換現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，有效降低了電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的負(fù)荷率從而降低了電流、節(jié)約用電量大大提高機(jī)采系統(tǒng)效率和油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：游梁式抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)；負(fù)載率；星與角轉(zhuǎn)換；機(jī)采效率

前 言

游梁式抽油機(jī)是石油工業(yè)傳統(tǒng)的采油方式之一，其使用方便、可靠、經(jīng)濟(jì)，是目前采油生產(chǎn)中的主要設(shè)備。抽油機(jī)的負(fù)荷特點(diǎn)決定了抽油機(jī)起動(dòng)時(shí)慣性矩較大，電機(jī)的負(fù)荷是一周期性脈動(dòng)負(fù)荷，并迭加有瞬間的沖擊。電機(jī)負(fù)荷曲線上有兩個(gè)峰值，分別為抽油機(jī)上下沖程的“死點(diǎn)”。油田在選配電機(jī)時(shí)為了起動(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)輸入功率僅有額定功率的二分之一。抽油機(jī)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率很低，一般在 20%左右，少數(shù)負(fù)荷率高的也僅為 30%。低負(fù)荷率運(yùn)行造成電機(jī)效率低，功率因數(shù)低，電能浪費(fèi)大，機(jī)采系統(tǒng)效率低下。通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的角與星的轉(zhuǎn)換使電機(jī)運(yùn)行在額定負(fù)荷或額定負(fù)荷附近，電動(dòng)機(jī)的效率提高，并因之節(jié)約了電力消耗，提高油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。

1游梁式抽油機(jī)負(fù)載特性分析

1.1抽油機(jī)曲柄軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算

游梁抽油機(jī)工作要實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、高效，驅(qū)動(dòng)控制單元更好驅(qū)動(dòng)電機(jī)，必選首先掌握結(jié)構(gòu)特性。由抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)可知，游梁抽油機(jī)是以曲柄為驅(qū)動(dòng)主要裝置的四杠鏈接設(shè)備。對(duì)于曲柄連桿，根據(jù)力矩平衡公式：

公式中：FT - 曲柄與連桿連接銷處切向力（N）； Wc -曲柄自重（N）； r -曲柄長(zhǎng)度（m）；Fp- 連桿上作用力（N）；α- 曲柄連桿間夾角（rad）。游梁結(jié)構(gòu)部分，由力矩平衡條件可得公式：

公式中： P-懸點(diǎn)載荷（N）；a—游梁前臂長(zhǎng)度亦即驢頭旋轉(zhuǎn)半徑（m）；Wb — 游梁自重及游梁配重之和（N）； g—當(dāng)?shù)刂亓铀俣瘸?shù)，此處取 9.80m/s；b—游梁后臂長(zhǎng)度（m）；θ-游梁與水平面間夾角（rad），以游梁后臂處于水平線以上為正，反之為負(fù)；β- 游梁與連桿間夾角（rad）；復(fù)合平衡下曲柄輸入轉(zhuǎn)矩計(jì) Mcom

曲柄平衡下的曲柄輸入轉(zhuǎn)矩 Mcr計(jì)算公式：

1.2 懸點(diǎn)載荷計(jì)算

抽油機(jī)作用是將經(jīng)減速器減速之后自主軸輸入的電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為其懸點(diǎn)帶動(dòng)井下運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，作用于懸點(diǎn)處的負(fù)載稱懸點(diǎn)載荷，懸點(diǎn)載荷值的大小是體現(xiàn)抽油機(jī)性能的主要參數(shù)之一。懸點(diǎn)載荷主要是六部分構(gòu)成：油管內(nèi)位于柱塞上部的油柱重量、抽油桿自身重量、抽油管外部油柱壓力作用在柱塞、油柱加速度禪城慣性載荷、振動(dòng)載荷、各部件移動(dòng)產(chǎn)生的摩擦阻力。前三項(xiàng)為靜載荷，后三項(xiàng)為動(dòng)載荷。油井若為直井且粘度較低則總懸點(diǎn)載荷很低，最多占4%，計(jì)算時(shí)對(duì)四象限驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能檢驗(yàn)，一般只考慮靜載荷和慣性載荷，其他載荷忽略不計(jì)。

2 抽油機(jī)電機(jī)星角轉(zhuǎn)換節(jié)能技術(shù)配套選擇

（1）技術(shù)思路：在檢泵作業(yè)匹配管柱時(shí)要從以下方面考慮：A）最節(jié)能、提高系統(tǒng)效率。B）立足于現(xiàn)有的機(jī)、桿、泵條件。C）追求免修期最長(zhǎng)。（2）依據(jù)設(shè)計(jì)程序：通過IPR曲線確定油井油層產(chǎn)液能力，由該曲線確定流壓、產(chǎn)量。（3）由產(chǎn)量確定抽吸參數(shù)，由流壓確定泵深。（4）節(jié)電：最有效的方法是抽油機(jī)和電機(jī)的扭矩盡量小。

3 應(yīng)用實(shí)例概況

以某區(qū)塊為例：?jiǎn)尉a(chǎn)能范圍：10-0.5噸/日，含水率0-90%范圍，原油凝固點(diǎn)30℃左右，屬于稀油。機(jī)：抽油機(jī)為12型游梁機(jī)（含雙驢頭），桿最深可以達(dá)到3000m。桿：當(dāng)泵深大于2200m，選用?25mm玻璃鋼桿和?22mm高強(qiáng)桿兩級(jí)組合，玻桿和高強(qiáng)度鋼桿組合，應(yīng)力均能達(dá)到1000MPa，能滿足深抽要求，目的是以減輕驢頭負(fù)荷。泵：由?56mm—?38mm訂制的等徑防腐管式泵組成，產(chǎn)量小于5噸/日的井，采用?38mm泵；產(chǎn)量小于10噸/日的井，采用?44mm泵；大于10噸/日的井，采用?56mm泵。

4 負(fù)載理論計(jì)算

電機(jī)：依據(jù)上述管柱匹配條件，得到驢頭負(fù)荷最大不超過100KN，簡(jiǎn)化公式為：抽油機(jī)最大扭矩Mmax=0.2s Wmax。Wmax--驢頭最大負(fù)荷（N），S—沖程（m）。（1）以上管柱搭配，到驢頭最大扭矩不超過100KN m。（2）抽油機(jī)的凈扭矩，也就是平衡塊的重量（平衡率90%以上）不超過20 KN m。（3）通過大小皮帶輪200倍減速電機(jī)，需要的凈扭矩不超過100Nm，即使驢頭無負(fù)荷的甩翻驢頭過程中，抽油機(jī)凈扭矩不超過90 KN m。（4）綜上所述，經(jīng)過大小皮帶輪的200倍減速電機(jī)需要的凈扭矩不超過450Nm。

參考文獻(xiàn)：

[1]周希章等 節(jié)電技術(shù)與方法 2004.9（100）