游梁式抽油機(jī)節(jié)能增效措施與應(yīng)用

周木林

【摘 要】梁式抽油機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于我國(guó)各油田的機(jī)械采油裝置。本文的主要目的是研究和開發(fā)是另一種新的游梁式抽油機(jī)節(jié)能裝置，設(shè)備可以靠性和實(shí)用性和可以操作性，經(jīng)過半年的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果是令人滿意的，起到了節(jié)能降耗的作用，同的時(shí)候也獲得了原油生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)＜业恼J(rèn)可以和領(lǐng)導(dǎo)，并且大力推進(jìn)該裝置和促使用。

【關(guān)鍵詞】節(jié)能增效；降耗；系統(tǒng)效率；應(yīng)用推廣

1抽油機(jī)的國(guó)際國(guó)內(nèi)概況

在世界范圍內(nèi)，抽油機(jī)的研究、開發(fā)和應(yīng)用已有100多年的歷史。在近百年的采油實(shí)踐中，抽油機(jī)發(fā)生了巨大的變化。尤其是在最近20年左右，世界抽油機(jī)的技術(shù)發(fā)展很是迅速，許多新型的抽油機(jī)相繼問世。它的特征是：增高了抽油機(jī)的適應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及先進(jìn)性；改善了抽油機(jī)性能，減少抽油機(jī)負(fù)荷和負(fù)荷變化范圍，增高抽油機(jī)效率，降低功耗，改善抽油機(jī)平衡效果，改善動(dòng)態(tài)特性。抽油機(jī)的彈性、動(dòng)態(tài)特性和平衡特性；擴(kuò)大抽油機(jī)的促使用范圍，縮小抽油機(jī)的促使用范圍。抽油機(jī)的體積和質(zhì)量增高了抽油機(jī)的自動(dòng)化程度和智能化程度。因此，抽油機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已達(dá)到最高水平。當(dāng)前，世界上主要生產(chǎn)抽油機(jī)的國(guó)家有美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、加拿大和羅馬尼亞。游梁式抽油機(jī)具備性能穩(wěn)定、運(yùn)行可以靠、維護(hù)方便、抽汲速度慢等特征，已成為世界上主要的抽油設(shè)備。我國(guó)老油田的利用率在80%以上。然而，由于負(fù)載的周期性變化，所促使用的電機(jī)的輸出功率穩(wěn)定，兩個(gè)電機(jī)的工作特性不匹配，導(dǎo)致每個(gè)泵循環(huán)中出現(xiàn)“反向發(fā)電”和“大馬拉小車”現(xiàn)象。倒置發(fā)電是非常有害的，除了造成一部分功率損耗外，還將極大地影響電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)。通過計(jì)算和測(cè)試，可以促使功率損失約20%，功率因數(shù)降低約0.4。另外，由于“大馬拉小車”引起的功率損耗和功率因數(shù)、正常機(jī)械摩擦損失和電機(jī)發(fā)熱損失，抽油機(jī)效率不超過30%，電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅為0.3左右。

2游梁式抽油機(jī)的工作原理

2.1游梁式抽油機(jī)工作原理

當(dāng)抽油機(jī)工作的時(shí)候，電機(jī)會(huì)以高強(qiáng)減弱的速度將高速旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)傳遞到輸入軸。這時(shí)輸出軸再由中間軸驅(qū)動(dòng)，輸出泵驅(qū)動(dòng)著曲柄低速地旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，曲柄將通過連桿和橫梁的上下拉動(dòng)梁的后臂、驢頭來(lái)上下擺動(dòng)，驅(qū)動(dòng)著抽油桿、活塞上下移動(dòng)。

2.2電動(dòng)機(jī)的工作原理及基本結(jié)構(gòu)

電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的過程。它的本質(zhì)就是一個(gè)三相異步電動(dòng)機(jī)。主要是由定子、轉(zhuǎn)子等一些附件組成的。其工作原理是在定子電阻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，電流通過電樞保持架鋁框，在磁場(chǎng)的作用下旋轉(zhuǎn)，即磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力促使電機(jī)選擇和安裝。

3節(jié)能增效裝置的工作原理

3.1節(jié)能增效裝置的輸出滑輪直徑大于原油井電機(jī)的直徑，增大了滑輪與輸送帶的夾角，降低了能量的損失，從而增高了效率。

3.2該裝置將馬達(dá)與抽油機(jī)之間的動(dòng)力分開，利用平衡塊的自由落體的慣性。抽油桿抽油就是由于這種慣性效應(yīng)，抽油速度相對(duì)較快，漏油減少，效率增高。

3.3抽油機(jī)循環(huán)動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)換的節(jié)能增效裝置；

3.4游梁式抽油機(jī)節(jié)能增效裝置在抽油機(jī)平衡塊3600向下轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候產(chǎn)生了慣性。抽油機(jī)和電機(jī)的動(dòng)力用自動(dòng)離合器裝置分開，促使平衡塊處在自由落體狀態(tài)，而電機(jī)則處于空閑狀態(tài)。當(dāng)平衡塊的慣性消失的時(shí)候，當(dāng)需要?jiǎng)恿M(jìn)行工作的時(shí)候，自動(dòng)離合器裝置自動(dòng)地將電機(jī)與抽油機(jī)的動(dòng)力集成，這時(shí)抽油機(jī)進(jìn)入了正位置。在正常工作狀態(tài)下，當(dāng)慣性再次發(fā)生的時(shí)候，再次進(jìn)行分離，慣性的時(shí)候間再次積分，循環(huán)往復(fù)，解決了電機(jī)回電對(duì)電網(wǎng)的影響，消除了電機(jī)的反向負(fù)荷，節(jié)約了電能。

4游梁式抽油機(jī)節(jié)能增效的途徑

4.1游梁式抽油機(jī)效率低的主要原因

游梁機(jī)的節(jié)能潛力在哪里？根據(jù)抽油機(jī)系統(tǒng)能耗最大的因素，可以分為電機(jī)與控制裝置、四連桿機(jī)構(gòu)、懸架負(fù)載平衡裝置和傳動(dòng)元件等子系統(tǒng)。增高這些子系統(tǒng)的效率是為了尋找節(jié)能方式的“突破口”，這也是不同節(jié)能機(jī)制產(chǎn)生的原因。游梁式抽油機(jī)效率低的主要原因是動(dòng)力裝置與工作裝置不匹配。無(wú)動(dòng)力裝置的游梁式抽油機(jī)主體的傳動(dòng)效率可以達(dá)到81.4%～88.5%，與它配套的電機(jī)的效率可以達(dá)到91%左右。在實(shí)際應(yīng)用中，兩者結(jié)合促使用的時(shí)候，效率很低。其根本原因是游梁式抽油機(jī)具備周期性的交變負(fù)載，而普通電機(jī)是根據(jù)恒定負(fù)載進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的。兩者工作特性的不匹配導(dǎo)致效率低下。

4.2游梁式抽油機(jī)節(jié)能增效的途徑

為了增高游梁式抽油機(jī)的工作效率，人們做了大量的工作。綜上所述，工作負(fù)荷與機(jī)組特性匹配是一個(gè)重點(diǎn)。一些新技術(shù)是基于負(fù)載的。通過增加平衡塊、慣性輪、彈簧等儲(chǔ)能裝置，促使調(diào)制負(fù)載接近恒定負(fù)載，促使其與電機(jī)的特性一致，輸出恒定，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

4.3游梁式抽油機(jī)節(jié)能控制方案設(shè)計(jì)

當(dāng)油井剛剛開采的的時(shí)候，泵井有充足的流體供應(yīng)和較大的油產(chǎn)量，因此變頻器在工頻狀態(tài)下運(yùn)行，以加速電機(jī)運(yùn)行，增加抽油機(jī)沖程，增加抽油泵流量，并且能夠產(chǎn)生盡可以能多的原油，從而增高效率。導(dǎo)管。隨著油井的淺、深采，油井的供水能力下降，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)供液不足的情況，井下油滲、水滲的時(shí)候有變化，抽油機(jī)負(fù)荷變化不規(guī)則，抽油機(jī)工況會(huì)不斷變化?！按篑R拉小車”現(xiàn)象的時(shí)候有發(fā)生。但是，大多數(shù)井是不允許間歇作業(yè)的，因?yàn)槿绻L(zhǎng)的時(shí)候間停工，會(huì)稍微影響石油產(chǎn)量，而且油井過重會(huì)促使油井無(wú)法再次開井。雖然間歇抽油方法并不理想，但從前文的分析可以看出，通過對(duì)抽油機(jī)采用交流變頻調(diào)速技術(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整沖程頻率，可以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)-抽油機(jī)-有桿抽油泵的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)有桿抽油機(jī)的動(dòng)態(tài)匹配?？梢詫?shí)現(xiàn)有桿泵抽油系統(tǒng)和井液供給系統(tǒng)，增高系統(tǒng)效率，大大降低能耗。

5總結(jié)與展望

5.1工作總結(jié) 游梁式抽油機(jī)是在油田中促使用最廣泛的采油設(shè)備，增高游梁式抽油機(jī)的運(yùn)行效率，減少采油過程中的能耗，不僅具備良好的經(jīng)濟(jì)效益而且具備良好的社會(huì)效益。

5.2前景展望

（1）雖然所設(shè)計(jì)的在線可以調(diào)比例因子模糊控制器初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)泵充注度的更合理控制，但在獲得長(zhǎng)期用于工業(yè)過程的模糊控制表之前，必須反復(fù)測(cè)試和修改。因此，下一步就是在油田進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)，對(duì)模糊控制查詢表進(jìn)行測(cè)試和修改。

（2）速度控制可以分為上行程速度控制和下行程速度控制。如果能開發(fā)一種抽油機(jī)上下沖程的自動(dòng)檢測(cè)方法，根據(jù)采油專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，可以設(shè)定適當(dāng)?shù)纳舷聸_程速比，以進(jìn)一步增高節(jié)能降耗能力。

（3）當(dāng)前，這種節(jié)能控制系統(tǒng)是針對(duì)單井設(shè)計(jì)的，可以考慮推廣到其他油井。多口油井的集中管理，可以增高油井管理水平，有效增高塊狀井的平均系統(tǒng)效率。

（4）對(duì)于一些儲(chǔ)油量很小的油井，如果抽油機(jī)效率太低，必須間歇運(yùn)行。本文設(shè)計(jì)的游梁式抽油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)不涉及這些問題。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：中石油煤層氣有限責(zé)任公司）