游梁式抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用及效果分析

王繼國(guó) 宋曉霞 李婷婷

摘要：游梁式抽油機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，使用維護(hù)方便，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況在勝利油田得到廣泛采用，在采油生產(chǎn)設(shè)備中占90%以上。本文介紹了電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)抽油機(jī)生產(chǎn)存在浪費(fèi)電力的現(xiàn)象和常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能產(chǎn)品的特點(diǎn)和應(yīng)用情況，分析了抽油機(jī)井節(jié)電措施效果。

關(guān)鍵詞：抽油機(jī);節(jié)能措施;效果分析

游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，使用維護(hù)方便，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況，在采油生產(chǎn)設(shè)備中占90%以上，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)仍將是油田的首選設(shè)備。電費(fèi)在采油成本中所占的比例為70%左右，如何節(jié)約電力成為節(jié)能工作的首要任務(wù)。與游梁式抽油機(jī)相匹配的是孤島采油廠常用的三相異步電動(dòng)機(jī)，在理想情況下的效率為90%左右，目前大多功率因數(shù)小于0.4，負(fù)載率不足30%，浪費(fèi)電力嚴(yán)重。抽油機(jī)使用的電動(dòng)機(jī)工作載荷是帶沖擊的周期性交變載荷，與按恒定載荷設(shè)計(jì)制造的通用電動(dòng)機(jī)的工作特征不匹配。通用電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特征是硬特征，在運(yùn)行過(guò)程中其轉(zhuǎn)速隨載荷變化不大，而抽油機(jī)的交變載荷增加了電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)損耗，再加上選擇的抽油機(jī)與實(shí)際需要不匹配，降低了整機(jī)的地面效率。

1.??? 抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)存在浪費(fèi)電力的現(xiàn)象

1.1? 電動(dòng)機(jī)負(fù)載低

為保證抽油機(jī)的啟動(dòng)要求和在運(yùn)行時(shí)有足夠的過(guò)載能力，通常所配的電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率較大，而電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)都是輕載運(yùn)行，造成抽油機(jī)負(fù)載率低，與電動(dòng)機(jī)不匹配，形成“大馬拉小車(chē)”的生產(chǎn)狀況，使線路、變壓器、電動(dòng)機(jī)的功率損耗增大;電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率取決于負(fù)載率，輕載時(shí)電動(dòng)機(jī)的效率很低，當(dāng)負(fù)載增加到一定值時(shí)，變化則很小，有實(shí)驗(yàn)證明：負(fù)載率〈0.4時(shí)，效率的變化不大，負(fù)載率>0.7時(shí)，效率最高。

1.2? 平衡率低

現(xiàn)場(chǎng)使用的抽油機(jī)平衡率低，嚴(yán)重的不平衡造成電力的浪費(fèi)，造成多數(shù)電動(dòng)機(jī)電流變化不均勻，使電動(dòng)機(jī)內(nèi)耗大大增加，影響整個(gè)抽汲系統(tǒng)的效率。

1.3? 發(fā)電現(xiàn)象

現(xiàn)有的節(jié)電措施大都是針對(duì)電機(jī)低負(fù)荷率下效率低和功率因數(shù)低造成的電能浪費(fèi)的情況，而抽油機(jī)浪費(fèi)電能的另一個(gè)重要原因是抽油機(jī)拖動(dòng)電機(jī)發(fā)電，有實(shí)驗(yàn)證明：目前使用的各種類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)都多少存在這種情況。

由于抽油機(jī)負(fù)載波動(dòng)很大，在抽油機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)出現(xiàn)抽油機(jī)減速箱輸入軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度大于電機(jī)對(duì)它的驅(qū)動(dòng)速度的情況，這時(shí)，抽油機(jī)就拖動(dòng)電機(jī)發(fā)電，其發(fā)的電不會(huì)完全與電網(wǎng)同步和存在線路損耗，可以肯定電機(jī)發(fā)的電不能完全被電網(wǎng)利用。在整個(gè)電能—機(jī)械能—電能的轉(zhuǎn)換過(guò)程中能有很大的一部分能量被浪費(fèi)掉。

2.??? 游梁式抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用情況

在現(xiàn)場(chǎng)大多應(yīng)用的常規(guī)型游梁式抽油機(jī)，工作特點(diǎn)是承受交變載荷，懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度和加速度的變化使載荷極不均勻，工作能耗偏高不平衡現(xiàn)象普遍存在，地面系統(tǒng)效率偏低，用電多。

異向型游梁式抽油機(jī)具有峰值扭矩低、所需電動(dòng)機(jī)功率低等特點(diǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)平衡效果較好。在相同的情況下，其系統(tǒng)效率比常規(guī)型高2.5-4%。前置式游梁抽油機(jī)具有平衡效果好、光桿最大載荷小、節(jié)能效果好等特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是懸點(diǎn)載荷低于額定懸點(diǎn)載荷，造成抽油機(jī)資源的浪費(fèi)，工作時(shí)前沖力大，影響機(jī)架的穩(wěn)定性，使它的應(yīng)用受到制約。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的節(jié)能電動(dòng)機(jī)主要有：變級(jí)調(diào)速、電磁調(diào)速電機(jī)、變頻調(diào)速、高轉(zhuǎn)差率電機(jī)、永磁同步電機(jī)、雙功率電機(jī)等幾種。

其中變頻調(diào)速可以低速輕載啟動(dòng)，抽油機(jī)沖次及上下沖程的速比可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，并可以根據(jù)油井井況進(jìn)行抽空控制，并自動(dòng)調(diào)節(jié)抽汲參數(shù)，并有電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)等作用，但由于價(jià)格昂貴和維修不方便等的原因，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用極少。

滑差電機(jī)可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，電機(jī)轉(zhuǎn)軸與負(fù)載之間為軟特征連接，可以平滑啟動(dòng)，但低速時(shí)損耗大、效率低，但由于應(yīng)用調(diào)速電機(jī)的油井多為供液能力差、需實(shí)現(xiàn)低沖次運(yùn)行的油井，此種電機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不廣泛。高轉(zhuǎn)差率電機(jī)具有較高的轉(zhuǎn)差率和軟的機(jī)械特征，以及較高的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和較小的堵轉(zhuǎn)電流，較高的效率、功率因數(shù)適用于轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)矩較大和不均勻沖擊載荷，特別是抽油機(jī)用沖擊載荷。YCG200L-8型電機(jī)不同負(fù)載率下的輸出功率值入下表：

雙功率電機(jī)是勝利油田與石油大學(xué)合作研究生產(chǎn)的，采用改變繞組的接法來(lái)改變電機(jī)的極數(shù)和輸出功率，以便與機(jī)械負(fù)載的負(fù)載特征相匹配，可以簡(jiǎn)化其變速系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

3.??? 抽油機(jī)井節(jié)電措施效果分析

3.1? 提高電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率

電機(jī)低負(fù)荷率下的效率低和功率因數(shù)低是抽油機(jī)浪費(fèi)電能的原因之一，電動(dòng)機(jī)負(fù)載率提高7-12%，系統(tǒng)效率科提高2-4%，當(dāng)電機(jī)負(fù)載率低于25%時(shí)，就應(yīng)該考慮更換低一個(gè)容量級(jí)別的電動(dòng)機(jī)。

3.2? 合理選用抽油機(jī)機(jī)型，充分發(fā)揮抽油機(jī)的潛力

抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷狀況是影響抽油機(jī)能耗的主要因素，抽油機(jī)的理想負(fù)載率應(yīng)為80%左右是最佳狀態(tài)。在使用過(guò)程加強(qiáng)管理，由于油井井況多變，因此要經(jīng)常調(diào)節(jié)平衡。平衡度好的抽油機(jī)，在穩(wěn)定生產(chǎn)的情況下，抽油機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)電少。

3.3? 選用節(jié)能電動(dòng)機(jī)，改造普通電機(jī)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇節(jié)能電動(dòng)機(jī)，減小機(jī)內(nèi)損耗，提高電動(dòng)機(jī)本身的運(yùn)行效率，使抽油機(jī)與電動(dòng)機(jī)保持良好的功率匹配，提高效率，節(jié)約用電。改造現(xiàn)有的普通電動(dòng)機(jī)，我廠已經(jīng)對(duì)普通電機(jī)進(jìn)行改級(jí)改造，也可以在電動(dòng)機(jī)軸處安裝一個(gè)帶蓄能器的離合器，使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)空載啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，從而減小電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率，提高電機(jī)的負(fù)載率。電動(dòng)機(jī)的星角接線自動(dòng)變換裝置，在輕載時(shí)，Y接線運(yùn)行，負(fù)載增大時(shí)，自動(dòng)改為角接線運(yùn)行。

3.4? 安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置

單井功率因數(shù)補(bǔ)償柜是在變壓器低壓側(cè)投加電容，利用無(wú)功就地補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的容性電流抵消電動(dòng)機(jī)感性電流，油井安裝無(wú)功補(bǔ)償器后，降低了線路的損耗和變壓器的銅耗，從而提高功率因數(shù)，提高效率，達(dá)到節(jié)電目的。

3.5? 使用電機(jī)節(jié)電器

電機(jī)節(jié)電器是英國(guó)素瑪公司經(jīng)十多年研究成功的高效能節(jié)電產(chǎn)品，以有效的操控原理于商業(yè)及工業(yè)用途上應(yīng)用，提高電機(jī)的操控性能。山東勝利油田管理局能源監(jiān)測(cè)站分別于2010年 8月和9 月在抽油井上完成對(duì)POWERBOSS電機(jī)節(jié)電器產(chǎn)品在該油田的運(yùn)行檢定。在GDGB1-38井上安裝POWERBOSS電機(jī)節(jié)電器后，有功節(jié)電率為21.91%，無(wú)功節(jié)電率為27%。效果顯著。

3.6? 使用節(jié)能減速器

抽油機(jī)節(jié)能減速器是臨盤(pán)采油廠的專(zhuān)利，該減速器由一個(gè)軸承支座和兩個(gè)大小不同的皮帶輪組成，兩個(gè)皮帶輪通過(guò)軸和軸承固定在軸承支座上，軸承支座通過(guò)底座螺栓固定在抽油機(jī)底座上，大皮帶輪通過(guò)皮帶與電機(jī)相連接，小皮帶輪與抽油機(jī)皮帶輪相連接，通過(guò)加大傳動(dòng)比，在電機(jī)功率降低的情況下，滿(mǎn)足抽油機(jī)懸點(diǎn)負(fù)荷要求，實(shí)現(xiàn)0.5-4.0次達(dá)到降低沖次和節(jié)電的目的，其具有啟動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)行平穩(wěn)、優(yōu)化油井參數(shù)、降低電耗與成本的特點(diǎn)。

4.??? 結(jié)束語(yǔ)

抽油機(jī)與電動(dòng)機(jī)的節(jié)電是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括地下和地面兩方面的諸多因素，我們不能忽略其中的任一環(huán)節(jié)，只有作到環(huán)環(huán)相扣，優(yōu)化其中的每一個(gè)“細(xì)節(jié)”，才能減少用電，達(dá)到能耗最低化、產(chǎn)量最大化，才能實(shí)現(xiàn)真正的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低企業(yè)的成本，這是一條必由之路。

參考文獻(xiàn)：

[1]宮海軍，于昭軍.淺談抽油機(jī)井節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用《石油石化物資采購(gòu)》2019年第1 期.

作者簡(jiǎn)介：

王繼國(guó)，男，1972年 5月出生，首席技師，從事油田開(kāi)發(fā)技術(shù)工作。