游梁式抽油機(jī)可變沖次調(diào)速節(jié)能裝置應(yīng)用試驗(yàn)

王群章　鄧世彪　劉盛益　李飛　陳健康

摘 要：本文針對(duì)游梁式抽油機(jī)電機(jī)負(fù)荷率低，大馬拉小車(chē)，能耗高，不能根據(jù)生產(chǎn)需要及時(shí)調(diào)整沖次等情概況，試驗(yàn)一種新型可變沖次機(jī)械調(diào)速節(jié)能裝置。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，同等條件下降低電機(jī)功率1-2個(gè)等級(jí)，根據(jù)工況變換不同的速度。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，其節(jié)電率達(dá)30.96%，節(jié)能降耗效果顯著，具有較好推廣前景。

關(guān)鍵詞：游梁抽油機(jī);變沖刺;節(jié)能裝置;試驗(yàn)

游梁式抽油機(jī)是世界上最主要的油田采油設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易損件少、故障率低、維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但也存在啟動(dòng)困難、平衡效果差、系統(tǒng)效率低等缺點(diǎn)。由于抽油機(jī)周期負(fù)荷的特殊性，抽油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)平均負(fù)荷只有額定負(fù)荷的30%左右，為使電機(jī)滿足生產(chǎn)需要，高配低能“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象成為必然，進(jìn)而使電機(jī)一直在低效率下運(yùn)行，造成能源浪費(fèi)[1-2]。

近年來(lái)，我國(guó)中東部油田進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期，為適應(yīng)中低液量效益開(kāi)發(fā)，減少管桿磨損和電力消耗，降低抽油機(jī)沖次，先后采用了變頻電機(jī)、多極電機(jī)、二次減速裝置、換擋調(diào)速裝置等節(jié)能產(chǎn)品。在使用中存在變頻器壽命短，多極電機(jī)效率低，減速裝置和調(diào)速裝置皮帶更換頻繁等問(wèn)題[3]。為此試驗(yàn)應(yīng)用了一種新型可變沖次機(jī)械調(diào)速節(jié)能裝置。

1 結(jié)構(gòu)原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

節(jié)能裝置由lE4高效節(jié)能電機(jī)、變速裝置、皮帶輪組成，其外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。電機(jī)的輸出軸與變速裝置的輸入軸固定連接，變速裝置的輸出軸上安裝皮帶輪，三者通過(guò)軸和鍵聯(lián)成一體，結(jié)構(gòu)緊湊。該裝置由底座固定在原抽油機(jī)電機(jī)底座上，安裝使用方便。

1.2 工作原理

可變沖次調(diào)速節(jié)能裝置以小功率高速節(jié)能電機(jī)替代三相異步電動(dòng)機(jī)，通過(guò)減變速裝置，降低輸出轉(zhuǎn)矩，增大輸出扭矩，滿足抽油機(jī)正常啟動(dòng)，解決了啟動(dòng)扭矩大問(wèn)題。同時(shí)配備三擋沖次，可隨時(shí)根據(jù)有機(jī)試劑生產(chǎn)情況對(duì)沖刺進(jìn)行調(diào)整。

2 技術(shù)特性

①通過(guò)變速箱減速比較寬的特性（200-730r/min），減速增扭減小電機(jī)功率，提高電機(jī)負(fù)荷率和效率，傳動(dòng)效率高，同等條件下可以降低電機(jī)功率1-2個(gè)等級(jí);②通過(guò)減速器的柔性運(yùn)動(dòng)改變電機(jī)的機(jī)械特性，使機(jī)、桿、管、泵整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到較好的融合，提高系統(tǒng)效率;③增大皮帶輪的包角，減少皮帶打滑剖失效的損耗，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠;④2～3檔速度的匹配，滿足了生產(chǎn)的需要，達(dá)到提高機(jī)采效率節(jié)能降耗的目的。

3 對(duì)比試驗(yàn)

作8極45kW和4極30kW電機(jī)的負(fù)載率和效率的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。

在同等工況下，抽油機(jī)電機(jī)平均負(fù)載率在30%左右，抽油機(jī)可變沖次節(jié)能拖動(dòng)裝置平均負(fù)載率可達(dá)到50%左右[4]。

2019年3月HN油田趙安4048井安裝1臺(tái)節(jié)能裝置進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)油田檢測(cè)中心對(duì)比測(cè)試，更換節(jié)能電機(jī)后節(jié)能率為30.96%。詳細(xì)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

4 效果分析

4.1 降低電機(jī)功率

電機(jī)極數(shù)越多，體積越大，重量越重，鐵損和銅損越大，效率越低。該節(jié)能裝置以lE4高效節(jié)能電機(jī)為驅(qū)動(dòng)力，采用變速裝置減速后，比原有電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速低，通過(guò)降速增加轉(zhuǎn)矩，降低了電機(jī)功率。

4.2 提高效率

節(jié)能裝置由齒輪定制轉(zhuǎn)速。其轉(zhuǎn)速比原有電機(jī)轉(zhuǎn)速低，在減速增扭降低電機(jī)功率的基礎(chǔ)上，裝置輸出端的皮帶輪比原系統(tǒng)的皮帶輪大（沖次液量不變），增大皮帶傳動(dòng)效率，減少了由于皮帶包角小打滑產(chǎn)生的抽油桿震蕩消耗的能量，提高了系統(tǒng)效率和電機(jī)功率因數(shù)（趙安4048井，功率因數(shù)由原來(lái)的0.259，提高到0.708）。

4.3 高精度傳動(dòng)變速技術(shù)

采用高精度斜齒輪傳動(dòng)變速機(jī)械，具有減速比高、輸出轉(zhuǎn)速檔多、傳動(dòng)效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、安裝方便、密封性好、維護(hù)量小，使用壽命長(zhǎng)等特性。

4.4 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度

油井調(diào)整沖次只需要停機(jī)切換變速手柄，快速便捷，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.5 減小變壓器容量

電機(jī)功率減小后，配套變壓器容量相應(yīng)減小。

5 效益評(píng)價(jià)

以趙安4048井為例，在相同工況下，更換前12極37kW電機(jī)，功率利用率20.19%，產(chǎn)液?jiǎn)魏?4.23kW·h/t，更換后4極18.5kW電機(jī)，功率利用率28.54%，產(chǎn)液?jiǎn)魏?.82kW·h/t，節(jié)電率30.96%。每天節(jié)電55.51kW·h，年節(jié)電20261kW·h，每度電按0.7866元計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)1.59萬(wàn)元。一臺(tái)節(jié)能裝置投資費(fèi)用3.5萬(wàn)元，則3.5/1.59=2.2年即可回收成本。

6 結(jié)論

游梁式抽油機(jī)可變沖次節(jié)能裝置通過(guò)使用節(jié)能電機(jī)，變速增加扭矩，降低電機(jī)功率，增大載荷率，提高系統(tǒng)效率，節(jié)能效果顯著。該裝置可動(dòng)態(tài)調(diào)整沖次，滿足油田生產(chǎn)需求，具有較好推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]王群章，李飛，沈和平，鄧世彪等.游梁式抽油機(jī)調(diào)速換擋裝置的研制與應(yīng)用[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2019（5）：107-110.

[2]王群章，施珠華，陳楊，王飛抽油機(jī)自調(diào)尾平衡裝置的研制與應(yīng)用[J].中國(guó)石油天然氣學(xué)報(bào)，2014（10）：210-211.

[3]王群章，陳楊，劉勤，王飛.抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)的集成應(yīng)用[J].中國(guó)石油天然氣學(xué)報(bào)，2014（3）：376-378.

[4]藏伯興.游梁式抽油機(jī)可變沖刺節(jié)能拖動(dòng)裝置技術(shù)[R].無(wú)錫：無(wú)錫華東電機(jī)科技發(fā)展有限公司，2018.

[5]郭勤良，王釗，王群章.稀土永磁電機(jī)在抽油機(jī)上應(yīng)用分析[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2005（2）54-56.

作者簡(jiǎn)介：

王群章（1962- ），男，高級(jí)工程師，碩士，現(xiàn)從事石油機(jī)械工程技術(shù)工作。