三種不同節(jié)能抽油機(jī)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

倪勃（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

三種不同節(jié)能抽油機(jī)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

倪勃（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

摘要：在油田的開發(fā)中，高含水階段的開發(fā)難度會(huì)隨著開發(fā)的進(jìn)程越來(lái)越大。傳統(tǒng)的游梁式抽油機(jī)維修難、附件多、能耗大，難以滿足油井深抽的工藝要求。采油廠礦應(yīng)用的提撈抽油機(jī)、復(fù)式永磁抽油機(jī)、游梁直拖式抽油機(jī)將原始的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)改進(jìn)為直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)。因此，抽油機(jī)的動(dòng)力性能、平衡性能、運(yùn)動(dòng)性能更加完善。經(jīng)過(guò)測(cè)試得出了節(jié)能型抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)前后、裝機(jī)功率以及系統(tǒng)效率的相關(guān)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了在油井中應(yīng)用新型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的抽油機(jī)系統(tǒng)效率將提高25%以上，節(jié)能效果良好。

關(guān)鍵詞：節(jié)能型抽油機(jī)；直線往復(fù)驅(qū)動(dòng)；系統(tǒng)效率

傳統(tǒng)抽油機(jī)的動(dòng)力設(shè)備都是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中都依靠復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換和傳遞系統(tǒng)才能完成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率低。新型電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)可以實(shí)現(xiàn)從電能到直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的直接轉(zhuǎn)換，機(jī)械傳動(dòng)的過(guò)程得到了簡(jiǎn)化，從而能夠極大地提高工作效率。最重要的是，新型電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)的抽汲參數(shù)可無(wú)級(jí)調(diào)整，為滿足采油工藝及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制創(chuàng)造了條件，是一種應(yīng)用前景廣闊的新型抽油機(jī)。礦區(qū)于2008年和2010年先后安裝了3種節(jié)能型抽油機(jī)，主要對(duì)比分析了3種節(jié)能型抽油機(jī)作業(yè)中的節(jié)電、運(yùn)行狀況、系統(tǒng)效率、存在問(wèn)題等應(yīng)用情況。

1　節(jié)能型抽油機(jī)

1.1智能間歇提撈抽油機(jī)

如圖1所示，智能間歇提撈抽油機(jī)主要由井架、電動(dòng)機(jī)、剎車器、排繩器、遠(yuǎn)程通訊模塊、減速鋼絲繩卷筒、自動(dòng)化控制裝置以及井下抽油部件構(gòu)成。這種抽油機(jī)利用的是柔性連續(xù)抽油桿采油技術(shù)，在這種技術(shù)中，電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率主要由舉升液量載荷的大小來(lái)確定，且間歇舉升，大幅提高了系統(tǒng)效率。另外，桿管偏磨問(wèn)題也得到了解決。

智能間歇提撈式抽油機(jī)在抽油作業(yè)中，制動(dòng)器處于松開狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，抽子在加重桿的作用下推動(dòng)柔性抽油桿向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)抽子接觸液面以后，傳感器會(huì)將井下壓力的變化發(fā)送到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)得知抽子接觸液面，這個(gè)接觸點(diǎn)即為液面深度，抽子繼續(xù)下行，當(dāng)抽子下行還未到達(dá)設(shè)置抽吸深度，而抽子以上的液柱高度已經(jīng)到達(dá)設(shè)置抽吸高度時(shí)，下行停止，轉(zhuǎn)為上行抽油；智能間歇提撈抽油機(jī)的控制系統(tǒng)能夠有效地在程序上對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，如果載荷過(guò)大，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)作，并努力自行卸載，待載荷恢復(fù)正常以后，系統(tǒng)將自動(dòng)繼續(xù)工作，從而對(duì)于抽油機(jī)的正常工作不會(huì)造成影響，使維修風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

圖1　智能間歇提撈抽油機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.2復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)

在復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)中，由變壓器提供三相交流電源，再由抽油機(jī)的智能控制功能將三相交流電源轉(zhuǎn)化為相位相反的驅(qū)動(dòng)電源（輸出），再根據(jù)變頻柜提供工作參數(shù)，交替驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正向或反向旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)抽油桿進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，抽取原油[1]。

該種抽油機(jī)采用復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)做為原始動(dòng)力，在整體上取消了普通游梁抽油機(jī)中電動(dòng)機(jī)以外的所有傳動(dòng)部分，是一種大沖程、低沖速、高效率及低能耗的油田抽油設(shè)備。新型復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)經(jīng)過(guò)各級(jí)專業(yè)部門的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定表明，該設(shè)備在同等情況下，產(chǎn)液量可提高20%，節(jié)電量在10%～30%。

1.3游梁直拖式抽油機(jī)

在游梁直拖式抽油機(jī)作業(yè)中，由智能控制柜提供沖程、沖速等數(shù)據(jù)后，將直線電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，在兩側(cè)定子（次級(jí)）內(nèi)，直線電動(dòng)機(jī)動(dòng)子（初級(jí)）做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)動(dòng)子上行時(shí)，靜平衡上行，鋼絲繩由光桿帶動(dòng)下行，這時(shí)抽油機(jī)為下沖程，電動(dòng)機(jī)和平衡系統(tǒng)儲(chǔ)備能量；到達(dá)設(shè)定的下死點(diǎn)后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換方向，動(dòng)子和靜平衡下行，光桿由鋼絲繩帶動(dòng)上行，這時(shí)抽油機(jī)為上沖程，電動(dòng)機(jī)和平衡系統(tǒng)釋放能量，到達(dá)設(shè)定的上死點(diǎn)后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換方向，如此往復(fù)抽汲油氣[2]。

表1　智能間歇提撈抽油機(jī)應(yīng)用效果對(duì)比

表2　復(fù)式永磁電機(jī)抽油機(jī)應(yīng)用效果對(duì)比

表3　游梁直拖式抽油機(jī)應(yīng)用效果對(duì)比

2　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1）2010年6月，某井上安裝了智能間歇提撈式抽油機(jī)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，電流23 A，日產(chǎn)液13.5 t，日產(chǎn)油0.69 t，含水量94.8%，動(dòng)液面583.45 m。在作業(yè)中，完成1次抽油平均時(shí)間為1.5 h，每日舉升14～15次。與此前相比，電流下降了25 A，單井日節(jié)電100 kWh，年節(jié)電3.65×104kWh，具體數(shù)據(jù)，見表1。

該抽油機(jī)地面設(shè)備自安裝運(yùn)行至今性能穩(wěn)定，未進(jìn)行過(guò)任何維修，噪音小，管理既安全又方便，外形簡(jiǎn)約美觀，受到現(xiàn)場(chǎng)管理人員的好評(píng)。

2）2008年9月，某井安裝了復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，泵徑? 70 mm，沖速2.5 min-1，現(xiàn)場(chǎng)沖程6.6 m。日產(chǎn)液68 t，日產(chǎn)油3.6 t，動(dòng)液面643.4 m，泵效69%。因?yàn)閷?5 kW大電動(dòng)機(jī)更換為22 kW小電動(dòng)機(jī)，上下電流分別為32/34 A，與此前相比，電流分別下降12/9 A，單井日節(jié)電129.6kWh，年節(jié)電4.73×104kWh，具體數(shù)據(jù)，見表2。

該抽油機(jī)地面設(shè)備自安裝運(yùn)行至今性能較為穩(wěn)定，進(jìn)行過(guò)5次維修，2010年6月25日斷脫檢泵，啟抽后運(yùn)行到2010年8月11日，桿斷關(guān)井至目前。由于啟停不方便給測(cè)試工人和管井工人帶來(lái)不便。

3）2008年10月，某井上安裝了游梁直拖式抽油機(jī)，10月30日開始運(yùn)行，其間多次調(diào)整抽油機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。在正常運(yùn)行時(shí)，泵徑? 57 mm，沖速2.1 min-1，正常運(yùn)行時(shí)沖程2.5 m，平均日產(chǎn)液48.4 t，日產(chǎn)油3.19 t，動(dòng)液面455.8 m，泵效高達(dá)148%。將原來(lái)的30 kW電動(dòng)機(jī)換成15 kW小電動(dòng)機(jī)，上下電流分別下降54/63 A，電流大幅下降，單井日節(jié)電91.68 kWh，年節(jié)電3.35×104kWh，具體數(shù)據(jù)，見表3。

在一年的試驗(yàn)中，游梁直拖式抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)調(diào)試運(yùn)行極少趨于合理，在試驗(yàn)

后期（2009年3月以后）因參數(shù)無(wú)法上調(diào)，徘徊在600～700 m之間，泵效僅為30%左右，功圖震動(dòng)載荷極大。

該抽油機(jī)地面設(shè)備自安裝運(yùn)行至今性能不夠穩(wěn)定，多次進(jìn)行維修。2008年11月28日，桿斷關(guān)井。于12月17日—23日期間進(jìn)行小修撈桿，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)鑒定，此為第114根抽油桿本體斷。直到2009年1月2日，修好電動(dòng)機(jī)重新啟抽，由于沖速為5 min-1，使抽油機(jī)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，反復(fù)維修后啟抽。2009年5月29日，因泵漏進(jìn)行作業(yè)檢泵，啟抽后還是經(jīng)常因過(guò)載而停機(jī)，參數(shù)無(wú)法正常上調(diào)，且井口噪音和震動(dòng)極大，目前已拆除。

3　結(jié)論

1）同傳統(tǒng)抽油機(jī)相比，3種節(jié)能型抽油機(jī)都節(jié)能降耗、系統(tǒng)效率高。

2）由于智能間歇提撈式抽油機(jī)改進(jìn)了舉升方式，使抽汲參數(shù)合理匹配，可節(jié)約電能50%～ 90%，滿足低產(chǎn)采油工藝要求需要。

3）復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)占地面積和重量?jī)H為傳統(tǒng)抽油機(jī)的50%，在工況相同的條件下，與傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)相比可節(jié)省10%以上的電能，是節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品。但由于故障發(fā)生頻率高，且啟停不方便會(huì)給管理人員、測(cè)試工人帶來(lái)不便。

4）游梁直拖式抽油機(jī)在上下往復(fù)抽汲運(yùn)動(dòng)中，是勻速運(yùn)動(dòng)，到上下死點(diǎn)瞬間停止運(yùn)動(dòng)，這樣慣性載荷大，易斷桿，造成檢泵周期短。還有在沉沒度低于200 m時(shí)電動(dòng)機(jī)隨著液面越深載荷越大，電動(dòng)機(jī)無(wú)法適應(yīng)大載荷，這樣電動(dòng)機(jī)易損壞，還無(wú)剎車裝置，所以該抽油機(jī)目前不合適油田生產(chǎn)需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜民政，王建萍，鄭雪鋒，等.直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)的研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2006（1）：38-41．

[2]陳憲侃，陳萬(wàn)薇，孫建華.游梁式抽油機(jī)與直線電機(jī)抽油機(jī)[J].石油鉆采工藝，2003（1）：67-70.

（編輯鞏亞清）

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2016.01.011

作者簡(jiǎn)介：倪勃，2008年畢業(yè)于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，從事機(jī)采管理工作，E-mail：37731807@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠第一油礦地質(zhì)隊(duì)，163000。

收稿日期2015-09-24