抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)研究淺析

渠江霞 婁勇 渠強(qiáng) 孫岳

摘 要：21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)不斷發(fā)展，人們生活水平不斷提高，城市化、工業(yè)化進(jìn)程進(jìn)一步加快。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等各行業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谀茉匆笠踩找嬖龈?。油田在開采石油過(guò)程中，對(duì)于選用的抽油機(jī)、熱油車等設(shè)備節(jié)能減排也提出了更高的要求。本文從新型的節(jié)能抽油機(jī)理論入手，對(duì)節(jié)能原理進(jìn)行了仔細(xì)分析，并探討了機(jī)械采油節(jié)能機(jī)理。切實(shí)推進(jìn)油田設(shè)備向科技化、智能化、節(jié)能化邁進(jìn)，促進(jìn)我國(guó)油田、經(jīng)濟(jì)建設(shè)走向可持續(xù)發(fā)展道路。

關(guān)鍵詞：節(jié)能；抽油機(jī)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)的許多的抽油機(jī)能耗太高，運(yùn)轉(zhuǎn)的效率的低下。而本文所提到的新型的抽油機(jī)可以從根本上解決這個(gè)問(wèn)題，切實(shí)降低能耗，而且在性能上有了很大的提升，工作更加穩(wěn)定。對(duì)油田開采降低了成本，給油田企業(yè)帶來(lái)顯著的收益，是一項(xiàng)值得大力推廣的綠色新型節(jié)能技術(shù)。

一、現(xiàn)有抽油機(jī)主要存在的問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)油田采用的抽油機(jī)大多是游梁式抽油機(jī)，也就是有桿抽油泵全系統(tǒng)。這種抽油機(jī)的效率相比新型的節(jié)能抽油機(jī)效率低下，甚至在國(guó)內(nèi)的一般地區(qū)才有12%～23%，美國(guó)的技術(shù)相對(duì)先進(jìn)一些，但是也僅是46%。針對(duì)有桿抽油系統(tǒng)的能源消耗大，耗電多的問(wèn)題，本文提出較好的解決方法。另外，老式的抽油系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)某些開采時(shí)間較長(zhǎng)的油田的使用下，問(wèn)題更加突出。老油田由于長(zhǎng)期的開采，所開采出的石油含水量相對(duì)較大一些，因此抽油機(jī)的工作效率也會(huì)加大，相應(yīng)的耗能也就更高。想要維持高的采油量，就要使采液體的量維持在一個(gè)較高的水平，這樣提純的石油量才能得到保證。這樣無(wú)疑又加劇了對(duì)抽油機(jī)的使用程度，所以舊式的采油機(jī)就不能滿足現(xiàn)在的采油進(jìn)程，因?yàn)楝F(xiàn)在的采油要求抽油機(jī)的沖程要越來(lái)越長(zhǎng)。目前的采油系統(tǒng)存在許多的不足之處，下面做相應(yīng)分析：

1.系統(tǒng)效率低的原因

有桿抽油系統(tǒng)是由好幾部分組成的，包括了電機(jī)、地面?zhèn)鲃?dòng)設(shè)備及井下抽油設(shè)備，這些部分的效率都關(guān)乎著整體的效率，一部分效率降低都會(huì)影響其他部分的運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的效率。所以使全部系統(tǒng)部分的效率提升才會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的效率得到大幅提升。

2.抽油機(jī)能耗大的主要原因

采油工作是在井下進(jìn)行的，井下的能源消耗又和井上的游梁機(jī)型有關(guān)聯(lián)。井下的情況變化也會(huì)由于井上的變化而產(chǎn)生變化。抽油機(jī)的負(fù)荷特性與異步電動(dòng)機(jī)的硬的轉(zhuǎn)矩特性不相匹配，甚至出現(xiàn)“發(fā)電機(jī)”工況，出現(xiàn)二次能量轉(zhuǎn)化，這是抽油機(jī)能耗大的主要原因之一。一般電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率過(guò)低，約為30%，致使電動(dòng)機(jī)以較低的效率運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)在一個(gè)沖程中的某個(gè)時(shí)段被下落的抽油桿反向拖動(dòng)，運(yùn)行于再生發(fā)電狀態(tài)，抽油桿下落所釋放的機(jī)械能有部分轉(zhuǎn)變成了電能回饋電網(wǎng)，但所回饋的電能不能全部被電網(wǎng)吸收，引起附加能量損失，同時(shí)負(fù)扭矩的存在使減速器的齒輪經(jīng)常受反向載荷，產(chǎn)生背向沖擊，降低了抽油機(jī)的使用壽命。常規(guī)抽油機(jī)的扭矩因數(shù)大，載荷波動(dòng)系數(shù)CLF亦大，故均方根扭矩大，能耗增加。常規(guī)抽油機(jī)運(yùn)行的懸點(diǎn)加速度、速度的最大值過(guò)大，影響懸點(diǎn)載荷，動(dòng)載增大。采用對(duì)稱循環(huán)工作制使泵充滿度下降，影響產(chǎn)量，泵效降低，能耗亦增大。

二、國(guó)內(nèi)抽油機(jī)發(fā)展水平及趨勢(shì)

抽油機(jī)簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)就是一個(gè)傳動(dòng)的設(shè)備，因?yàn)橛袟U采油需要地面動(dòng)力傳動(dòng)，所以抽油機(jī)才會(huì)是構(gòu)成“三抽”系統(tǒng)的主要組成部分。抽油機(jī)的使用已經(jīng)有了很早的使用歷史，最早在百年之前就有了這個(gè)設(shè)備。但是使用的最為廣泛的就是游梁式抽油機(jī)，這種抽油機(jī)之所以流傳至今也是有它的優(yōu)點(diǎn)的，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，并且有著很好的耐久度，因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)相應(yīng)的其維修起來(lái)也就更加簡(jiǎn)便。然而時(shí)代的進(jìn)步，油田也會(huì)不斷地開采，跟不上時(shí)代進(jìn)步的技術(shù)也必然會(huì)遭到淘汰?，F(xiàn)在的石油開采要求抽油機(jī)必須耗能小，負(fù)荷能力還要強(qiáng)，另外還要具有沖程長(zhǎng)的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)游梁式抽油機(jī)很缺反，這就使得新的抽油技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。新型的抽油機(jī)在眾多研究工作的辛苦鉆研之下也被研制出來(lái)，更好地適應(yīng)現(xiàn)代的采油情況。國(guó)家對(duì)這些研究投入了不少的資金，國(guó)內(nèi)外所生產(chǎn)的新式抽油機(jī)近些年的生產(chǎn)量逐年增加。

游梁式抽油機(jī)在我國(guó)投入生產(chǎn)的歷史也近四十多年，最早始于80年代，我國(guó)就開始自行制造屬于自己的游梁式抽油機(jī)，滿足國(guó)內(nèi)的大型油田使用。并且還有少許的出口國(guó)外，規(guī)格多種多樣。

目前抽油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)比較明朗，主要分為以下類型：

1.品種多樣化。國(guó)內(nèi)外近些年對(duì)采油機(jī)的研制都投入了很大的精力，新型的抽油機(jī)的種類也就種類繁多。僅美國(guó)拉夫金公司抽油機(jī)的可選機(jī)型就多達(dá)60余種，相比國(guó)際上的情況，我國(guó)目前所使用的種類總共分為五大類，大約在十幾種規(guī)格。但是現(xiàn)在的情形必將使我國(guó)的抽油機(jī)的研制更為迅速，品種的增加也是必然。國(guó)內(nèi)的研制技術(shù)在科學(xué)工作者的辛勤研究之下也更為現(xiàn)金和科學(xué)，就像現(xiàn)代的設(shè)計(jì)技術(shù)包括可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、模擬動(dòng)態(tài)分析、CAD等，這些技術(shù)的運(yùn)用，所生產(chǎn)的抽油機(jī)的性能也會(huì)大幅提升。

2、產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。新式的抽油機(jī)規(guī)格也會(huì)使其更適用國(guó)際和國(guó)內(nèi)的更多的油田企業(yè)，對(duì)抽油機(jī)在國(guó)際上開拓更大市場(chǎng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3、新型的抽油機(jī)把節(jié)能當(dāng)做一種理念。設(shè)計(jì)者把節(jié)能技術(shù)融入到新型的抽油機(jī)中，使采油的能耗大大降低。未來(lái)的抽油機(jī)性能將會(huì)向著自動(dòng)化、智能化、長(zhǎng)沖程、大載荷、精確平衡方式、節(jié)能降耗，提高適應(yīng)性等方向發(fā)展。

三、抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)

抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展速度較快，主要從以下幾個(gè)方向入手：

1.改進(jìn)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)

改進(jìn)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)是一種行之有效的節(jié)能方法，這種方法的原理在于改進(jìn)抽油機(jī)的四桿結(jié)構(gòu)并且使抽油機(jī)的平衡方式得到加強(qiáng)，這些性能的改變進(jìn)而使抽油機(jī)的曲柄軸凈扭矩曲線的形狀和大小發(fā)生改變，這樣也會(huì)使抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)降低，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的效率就會(huì)得到提升，節(jié)能的目的也就達(dá)到了。國(guó)際上也有通過(guò)這些方式達(dá)到節(jié)能目的的例子，就像美國(guó)CMI公司所研發(fā)TORQM-ASTER異相型抽油機(jī)，其最大扭矩減小60%，節(jié)電15%～35%；美國(guó)Lufilin公司開發(fā)的MARK-Ⅱ型前置式抽油機(jī)，平均節(jié)電36.8%；我國(guó)使用節(jié)能抽油機(jī)的年代也比較早，所取得效益也很是明顯，耗能得到有效控制，企業(yè)的效益也就得到提升。

2.采用節(jié)能驅(qū)動(dòng)設(shè)備

這種方法是從研究電機(jī)的特性入手，研究開發(fā)新型的電動(dòng)機(jī)，使之與采油井井況相匹配，進(jìn)而達(dá)到提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)的目的，即采用高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)（轉(zhuǎn)差率8%～13%）和超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)代替常規(guī)轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)（轉(zhuǎn)差率小于5%）。美國(guó)Baldor電器公司生產(chǎn)的高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)可提高功率因數(shù)74%，節(jié)電22.7%；在國(guó)內(nèi)，超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)有功節(jié)電率為10.56%，綜合節(jié)電率為17.42%；有采用同步電機(jī)、變頻器等，但因造價(jià)高，難以推廣另外，還有采用節(jié)能配電箱來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)電的。

3.采用節(jié)能控制裝置

如DSC系列抽油機(jī)多功能程控裝置、間抽定時(shí)控制裝置。

4.采用節(jié)能元部件

如窄V型帶傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)等。

5.改進(jìn)平衡方式

如采用氣動(dòng)平衡或天平平衡等。

6.改進(jìn)“三抽”系統(tǒng)部件

有采用抽油桿導(dǎo)向器、空心抽油桿、減振式懸繩器等部件，都可提高三抽系統(tǒng)的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的。

目前，采油節(jié)能已成為大勢(shì)所趨，誰(shuí)能掌握最先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)誰(shuí)也就會(huì)創(chuàng)造最好的效益。上述的幾種方法都有著不錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)，能為企業(yè)帶來(lái)很好的效益，并且操作方法簡(jiǎn)單易行，有些是在原有基礎(chǔ)上加以改善，有些是使用的先進(jìn)的技術(shù)，改進(jìn)抽油機(jī)的性能，提高相匹電動(dòng)機(jī)的工作效率和功率因數(shù)，所有的方法殊途同歸，都是為了達(dá)到節(jié)能的目的，各企業(yè)也應(yīng)該發(fā)揮創(chuàng)造性，使能耗降到最小。

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