抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)研究綜述

任 濤，張東平

（西安石油大學(xué) 陜西 延安 716000）

1 引言

現(xiàn)階段，我國(guó)大多數(shù)油田都處于開發(fā)的中后期，油井的自噴能力都已經(jīng)下降或者喪失，這就需要使用一些機(jī)械設(shè)備對(duì)石油進(jìn)行開采，目前，我國(guó)大部分油田都已經(jīng)開始使用抽油機(jī)進(jìn)行石油開采，其中桿式抽油機(jī)有百分之九十以上。而近些年隨著穩(wěn)油控水要求與節(jié)能要求的不斷高，在油田開采中使用的各種節(jié)能型抽油機(jī)數(shù)量在不斷增加。但是我國(guó)使用的節(jié)能型抽油機(jī)的總體運(yùn)行效率較低，這在一定程度上限制了抽油機(jī)的開采量，會(huì)影響油田的發(fā)展。因此，提高抽油機(jī)的節(jié)能效果、降低損耗的同時(shí)，提高抽油機(jī)的運(yùn)行效率也十分關(guān)鍵。

2 常見的幾種抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)

隨著油田對(duì)抽油機(jī)的使用數(shù)量不斷增加，為了提高油田采油率，提高油氣化企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)抽油機(jī)設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)與優(yōu)化，提高抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)十分重要。特別是隨著我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)水平的提高，人們節(jié)能降耗技術(shù)的關(guān)注度也越來越高，對(duì)抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行研究分析順應(yīng)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，是當(dāng)前研究人員的重要研究方向之一。目前，主要從以下幾方面出發(fā)達(dá)到提高抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)的目的。

2.1 改進(jìn)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)

對(duì)抽油機(jī)本身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是從根本上提高抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)，通常會(huì)對(duì)抽油機(jī)的四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)還會(huì)改變抽油機(jī)的平衡方式，這樣可以改變抽油機(jī)的曲柄軸凈扭矩曲線形狀與大小，減小負(fù)扭矩，確保扭矩的波動(dòng)處于平緩狀態(tài)。這樣設(shè)計(jì)的主要目的是降低抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)，進(jìn)而提高抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的工作效率，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。這種節(jié)能方法在很多節(jié)能抽油機(jī)中都有所應(yīng)用，例如美國(guó)CMI公司研究的TORQMASTER異相型抽油機(jī)、美國(guó)Lufilin公司開發(fā)的MARK-Ⅱ型前置式抽油機(jī)以及上世紀(jì)八十年代我國(guó)油田中使用的偏置式節(jié)能抽油機(jī)與雙驢頭節(jié)能抽油機(jī)都應(yīng)用了這種節(jié)能技術(shù)。另外，還有偏輪式抽油機(jī)、下偏杠鈴式抽油機(jī)、擺桿式抽油機(jī)以及摩擦轉(zhuǎn)向式抽油機(jī)等也采用的是這種節(jié)能方法實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)節(jié)能目的。

2.2 使用節(jié)能驅(qū)動(dòng)設(shè)備

抽油機(jī)中主要的驅(qū)動(dòng)設(shè)備就是電動(dòng)機(jī)，為了提高抽油機(jī)的運(yùn)行效率，同時(shí)降低抽油機(jī)的運(yùn)行功耗，使用節(jié)能電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)設(shè)備是重要手段之一。在選擇節(jié)能驅(qū)動(dòng)設(shè)備時(shí)，要從電動(dòng)機(jī)本身的特性出發(fā)，特別是對(duì)一些新型電動(dòng)機(jī)必須對(duì)其基本性能有所了解，保證電動(dòng)機(jī)與油田油井的井況相適應(yīng)，這樣才能有效提高抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率因素與運(yùn)行效率。例如，在抽油機(jī)中使用高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)或者超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電動(dòng)機(jī)就可以大大提高抽油機(jī)的運(yùn)行效率與采油率，對(duì)提高油氣化企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益也有幫助。

2.3 其他抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)廠開發(fā)了雙驢頭節(jié)能抽油機(jī)

除了上述最常用的節(jié)能技術(shù)外，在抽油機(jī)中應(yīng)用的技能技術(shù)還包括以下幾個(gè)：（1）在抽油機(jī)中直接使用節(jié)能控制裝置，例如DSC系列抽油機(jī)中的多功能程控裝置與間抽定時(shí)控制裝置等都能夠達(dá)到節(jié)能目的。（2）使用節(jié)能元部件，比如有的節(jié)能抽油機(jī)中安裝的同步帶傳動(dòng)與窄V型帶傳動(dòng)等。（3）對(duì)抽油機(jī)的“三抽”系統(tǒng)部件進(jìn)行改機(jī)，可以使用抽油桿導(dǎo)向器、空心抽油桿以及減振式懸繩器等部件可以有效提高三抽系統(tǒng)的工作效率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。（4）使用高效節(jié)能泵，可以有效提高泵效，達(dá)到節(jié)能目的。

3 節(jié)能電動(dòng)機(jī)在抽油機(jī)中的應(yīng)用

3.1 傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)在抽油機(jī)應(yīng)用中存在的問題

目前在抽油機(jī)中應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)主要應(yīng)用在抽油機(jī)的地面部分，節(jié)能電動(dòng)機(jī)的主要作用是改善抽油機(jī)結(jié)構(gòu)與拖動(dòng)裝置的性能。其中游梁式抽油機(jī)的慣性矩較大，在運(yùn)行工作時(shí)，需要帶載啟動(dòng)，因此，游梁式抽油機(jī)的啟動(dòng)比較困難。為了確保抽油機(jī)順利啟動(dòng)，必須使用額定功率較大的電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)，這就會(huì)造成較大的功率損耗。除此之外，抽油機(jī)的載荷是具有沖擊性的交變載荷，要確保電動(dòng)機(jī)可以對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定拖動(dòng)，必須保證電動(dòng)機(jī)具有一定的過載能力，這也需要按照抽油機(jī)的最大扭矩來選擇點(diǎn)哦頂級(jí)，而抽油機(jī)本身需要的功率不大。并且為了防止出現(xiàn)異常工況使電動(dòng)機(jī)燒毀，在選擇抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)時(shí)，也會(huì)有意識(shí)得選擇大容量電動(dòng)機(jī)作為抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)。這些原因都會(huì)使拖動(dòng)抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于低效率與低功率的條件下運(yùn)行，從而降低整個(gè)抽油機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，會(huì)造成大量的電能浪費(fèi)，增加油田地面建設(shè)的投資與采油成本，也不利于油田的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展。

3.2 節(jié)能電動(dòng)機(jī)在抽油機(jī)中的應(yīng)用

在抽油機(jī)中應(yīng)用電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)主要是從以下三方面來實(shí)現(xiàn)的：第一，對(duì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性進(jìn)行改善，可以利用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)的電源頻率進(jìn)行改進(jìn)，借此實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)與負(fù)荷特性之間的柔性配合，提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。第二，設(shè)計(jì)新型電動(dòng)機(jī)，從設(shè)計(jì)源頭改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，例如當(dāng)前使用范圍比較廣泛的高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)與超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)都屬于從設(shè)計(jì)上改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而達(dá)到電動(dòng)機(jī)節(jié)能的目的。第三，根據(jù)抽油機(jī)的使用需求嚴(yán)格控制電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率，提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，從而使電動(dòng)機(jī)進(jìn)行合理運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。目前，在油田抽油機(jī)中應(yīng)用較多的節(jié)能電動(dòng)機(jī)主要包括：高差/超高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)、雙功率電動(dòng)機(jī)、電磁滑差電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)以及繞線式異步電動(dòng)機(jī)。

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行研究分析后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下特點(diǎn)：（1）朝著自動(dòng)化與智能化方向發(fā)展。當(dāng)前很多抽油機(jī)可以具備自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)保護(hù)等功能；（2）朝著高適應(yīng)性方向發(fā)展。因?yàn)楦鱾€(gè)油田的開采環(huán)境都會(huì)存在一些差別，為了提高抽油機(jī)的應(yīng)用率，抽油機(jī)必須快速適應(yīng)油田開采環(huán)境。（3）朝著節(jié)能化方向發(fā)展。隨著人們生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提高，抽油機(jī)的節(jié)能效果會(huì)更強(qiáng)。（4）朝著大型化方向發(fā)展。在油田開采過程中，使用一些大載荷抽油機(jī)、長(zhǎng)沖程抽油機(jī)等能夠提高才有效率，對(duì)提高油田經(jīng)濟(jì)效益很有利。總之，對(duì)著抽油機(jī)生產(chǎn)制造技術(shù)的提高，抽油機(jī)的功能會(huì)越來越強(qiáng)大，其節(jié)能效果也會(huì)越來越好，尤其是抽油機(jī)的自動(dòng)化與智能化水平會(huì)更高。這都需要相關(guān)研究人員對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行不斷研究與創(chuàng)新，才能推動(dòng)油田抽油機(jī)的發(fā)展與進(jìn)步。