抽油機節(jié)能技術的設計與應用

摘要：抽油機是陸上主要的采油設備，在采油機械中占有舉足輕重的地位。由于常規(guī)游梁式抽油機本身的結構特征，決定了其具有平衡效果差，曲柄軸凈扭矩波動大，存在負扭矩、工作效率低和能耗大等缺點。本文從抽油機節(jié)能技術設計、實現(xiàn)現(xiàn)有抽油機有效節(jié)能的措施包括抽油機的優(yōu)化、電機優(yōu)化、參數(shù)的優(yōu)化、設備的優(yōu)化組合等方面簡要介紹了了一些優(yōu)化和節(jié)能的方案，對實現(xiàn)有效節(jié)能有一定的借鑒意義。

關鍵詞：抽油機;節(jié)能技術;設計;應用

我國油田開采抽油機用量大、耗能高，約占油田總用電量的70%，是影響油田采油成本的重要因素。近20年來，國內(nèi)大油田及制造企業(yè)在抽油機的節(jié)能增效上做了各種努力和嘗試。市場上先后出現(xiàn)了很多類型的抽油機產(chǎn)品及節(jié)能裝置，僅試驗、應用的各種新型抽油機就有一百多種、數(shù)萬臺。

1.??? 抽油機節(jié)能技術設計

1.1? 改造游梁式抽油機

基于常規(guī)抽油機結構簡單、可靠耐用、操作維修方便等優(yōu)點，后來，業(yè)內(nèi)企業(yè)在游梁抽油機的基礎上，改進開發(fā)了雙驢頭、下偏杠鈴、彎游梁、偏置式、低矮型等機型抽油機。這些機型既保留了上述優(yōu)點，又具有節(jié)能優(yōu)勢。如何降低常規(guī)抽油機的能耗，正成為抽油機節(jié)能工作的重點。一是將常規(guī)機分批進行節(jié)能改造，如改造成雙驢頭抽油機、下偏杠鈴抽油機等。二是給常規(guī)抽油機加裝節(jié)能拖動裝置，實施節(jié)能改造。三是在抽油機電控柜加裝電容器對無功功率進行就地補償。通過上述措施，均取得了不同程度的節(jié)電效果。以上節(jié)能措施是一項投入少、見效快的便捷方法。另外，一些油田根據(jù)油田實際工況選用多功率電機、雙速電機等，也取得了較好的節(jié)能效果。

1.2? 開發(fā)無游梁式抽油機

先后開發(fā)的新型抽油機有鏈條抽油機、皮帶抽油機、液壓抽油機、塔架式電機正反轉的抽油機……這些抽油機都有各自的優(yōu)點，如平衡效果好、節(jié)能、抽油沖程長、重量輕、占地小等。但總的來說，在運轉可靠性方面較差。無游梁式抽油機易于實現(xiàn)長沖程、懸點接近勻速直線運動等特點，在粘稠油開采上具有常規(guī)抽油機所無法比擬的優(yōu)越性。在稠油較多油田區(qū)塊，如遼河油田，“長沖程、低沖次”粘稠油開采，給這類抽油機提供了較大的發(fā)揮空間。

目前應用多的無游梁式抽油機主要以塔式皮帶機為主。其中，鏈條寬帶抽油機用得最好。經(jīng)過多年的改進完善，技術上不斷成熟、可靠性不斷增強。復式永磁電機抽油機，由于其效率和功率因數(shù)高，簡化了機械傳動環(huán)節(jié)，比普通電機節(jié)電35一 57.6%;另一種是試用近六年的曲拉式抽油機，該機型結構簡單，鋼材用量少，通過優(yōu)化滑輪位置、優(yōu)化力的傳輸實現(xiàn)節(jié)能，比普通機節(jié)能44.5%。

長環(huán)形齒條抽油機。該皮帶抽油機采用了鏈條抽油機“軌跡鏈條換向結構”核心技術，獨創(chuàng)的“長軌形齒條換向結構”，主要目的是以齒條代替鏈條，以進一步提高可靠性;同時，又進一步縮短傳動鏈，使機械效率有所提高。

1.3? 節(jié)能型抽油機的使用

結合市場的實際應用需求，節(jié)能型抽油機也研發(fā)和設計了較多的類型，其中包括：異相曲柄抽油機、漸開線式抽油機、雙驢頭抽油機等，不同的抽油機類型，其節(jié)能效率也存在差異。異相曲柄抽油機是目前油田采油作業(yè)中應用較為廣泛的抽油機類型，在采油過程中應用自身的結構特點，通過勢能效應來減少其在俯沖過程中所產(chǎn)生的能源消耗，提升采油工作效率;漸開線式抽油機是當前機械采油領域較為先進的采油設備，其研發(fā)制造過程對國內(nèi)外先進的采油經(jīng)驗都加以借鑒，并進行了大量先進科學技術的應用，雖然其應用還沒有得到全面拓展的，但是根據(jù)實際應用情況進行測算，其節(jié)能效率能夠超過50%;雙驢頭抽油機是對原有的游梁式抽油機進行的技術改進，其通過增加驢頭的方式來減少作業(yè)過程中的俯沖次數(shù)，以實現(xiàn)節(jié)約能量消耗的目的，其降低能耗的效果也比較明顯。

2.??? 實現(xiàn)現(xiàn)有抽油機有效節(jié)能的措施

2.1? 抽油機優(yōu)化

常規(guī)游梁式抽油機由于其結構上的不合理性，使得常規(guī)游梁式抽油機無法解決“大馬拉小車”、能耗高的缺點。抽油機的優(yōu)化首先要對生產(chǎn)井的實際工作狀況進行分析，選好機型。如果設備型號及工作參數(shù)與油層生產(chǎn)能力和油井條件不相適應，則不能保證抽油機高效率地工作。抽油機的選擇可以利用計算選擇法，其步驟如下：（1）根據(jù)油井的可能最大產(chǎn)量，初步確定泵徑、沖程和沖次，并確定需要的下泵深度和抽汲參數(shù)。（2）計算懸點最大載荷和減速箱輸出扭矩。（3）查閱各型抽油機的技術規(guī)范表，選出需要的抽油機型號。（4）初選后，再進行參數(shù)配合及抽油機和抽油桿柱的校核，如校核不合格，則調(diào)整后重新進行校核。在實際應用中也可以根據(jù)經(jīng)驗進行選擇，如一般產(chǎn)液量在120-200t/d的油井上選用14型機，產(chǎn)液量在60-120t/d的油井上選用10型機或12型機。

2.2? 電機優(yōu)化

電動機與采油井井況相匹配，進而達到提高電動機的效率和功率因數(shù)的目的，合理配置電動機，提高電動機的負載率是提高抽油機井系統(tǒng)效率的有效途徑。電動機的合理負載率應在40%一53%之間，當負載率低于40%時，會出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，浪費大量電能。這時應更換額定功率比較小的電動機。在更換電機時必須考慮電動機的電流是否過載。要根據(jù)實際情況合理選擇接線方式。例如超高轉差電機，當載荷輕、輸入功率較小時，采用低轉矩，較高轉差率接線模式，載荷較重時，輸入功率較大，采用較高轉矩，較低轉差率接線模式。

2.3? 參數(shù)優(yōu)化

抽油機井的參數(shù)優(yōu)化對提高系統(tǒng)效率，降低能耗有明顯效果。參數(shù)優(yōu)化首先要與油井的供液能力相適應，同時以能量消耗最低為基本原則，并根據(jù)實際情況的不同選擇不同調(diào)參方案。如對于油比較稠的井，參數(shù)選擇可以采用大泵，大沖程，低沖次，對于正常井，可以采取適當增加沉沒度，減少泵吸入口處的自由氣量來提高泵的充滿系數(shù)。對于連噴帶抽的井——具有自噴能力的井，可以選用高沖次快速抽汲。調(diào)整抽汲參數(shù)的目的就是要保持合理的舉升高度，隨著舉升高度的增加，抽油機井的系統(tǒng)效率也增加，但不是線性關系，達到一定程度將不再上升。因此，為了提高抽油機井的系統(tǒng)效率，就要保持適當?shù)呐e升高度。實驗表明在下泵不超過1100m的情況下，舉升高度在400-600m是較為合適的。

2.4? 實現(xiàn)管理節(jié)能

首先“，量體裁衣”很重要。在選用抽油機時，要根據(jù)油井產(chǎn)液量大小、動液面深淺、含水率及原油粘度大小等因素，統(tǒng)籌考慮。小泵、深抽要考慮抽油機額定懸點載荷的滿足及用長沖程保證泵效;淺井、大泵要考慮減速器額定扭矩的滿足;淺井小泵可考慮采用玻璃鋼抽油桿和短沖程高沖次抽油機諧振抽油;原油粘度高、動液面深的油井，需要長沖程、低沖次的抽油機等。其次，細化抽油機管理，依靠管理節(jié)能，非常關鍵。一方面，根據(jù)油井實際載荷，選配適合功率的電機，避免“大馬拉小車”;另一方面，及時調(diào)整抽油機平衡度。在不少新機型上井試驗中，這點效果很明顯。

3.??? 結語

總之，單純在抽油機上節(jié)能挖潛，節(jié)能不會超過8%。實際上，抽油機節(jié)能是一個系統(tǒng)工程，從抽油機本身到配套應用的變壓器、低壓電路、電控柜、電機、抽油桿、抽油泵等組成的系統(tǒng)中綜合節(jié)能。同時節(jié)能降耗還要看油田內(nèi)部，必須有有過緊日子的思想，內(nèi)心要有節(jié)能意識，只有多管齊下，優(yōu)化抽油機設計，優(yōu)化運行參數(shù)，改進管理才能實現(xiàn)有效的節(jié)能。

參考文獻：

[1]?? 王常斌.游梁式抽油機運動參數(shù)的精確解.石油學報，1998，19（2）：23-26.

[2]?? 劉俊榮主編.遼河油田開發(fā)技術座談會文集[M].北京：石油工業(yè)出版社，2002.

[3]?? 王鴻勛，張琪等編.采油工藝原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，1981.

作者簡介：

蔣成彬，男，1981年 8月出生，工程師，從事石油裝備技術研發(fā)工作。