抽油機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)研究

鄧小茹 蘭芳 傅建軍

摘 要：在石油開采過程中，能耗巨大。隨著石油深度開采，節(jié)能開采是發(fā)展趨勢(shì)，而抽油機(jī)作為主要能耗設(shè)備之一，是影響能耗的關(guān)鍵設(shè)備。文章對(duì)抽油機(jī)能耗進(jìn)行分析，提出可通過采取節(jié)能措施以及改進(jìn)抽油機(jī)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的節(jié)能降耗。

關(guān)鍵詞：抽油機(jī)設(shè)備;節(jié)能降耗;油田采油

引言：

現(xiàn)階段，石油生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，石油開采水平不斷提高，但就現(xiàn)有情況來看，在石油開采過程中，能耗仍十分嚴(yán)重。抽油機(jī)作為關(guān)鍵能耗設(shè)備，對(duì)其采取相應(yīng)節(jié)能措施，以有效解決抽油機(jī)能耗問題，進(jìn)而降低成本投入，提高收益。

1.抽油機(jī)能耗分析

1.1抽油機(jī)能耗

抽油機(jī)是整個(gè)石油開采過程中最重要的設(shè)備，其主要作用是把電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，通過抽油桿和抽油泵，把井底原油提升到地面。而抽油機(jī)在工作的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生較多能量消耗，實(shí)際能耗量是按照提升原油消耗的能量與過程中損失能量之和來進(jìn)行計(jì)算。提升原油消耗的能量在消耗總能量中所占的比例就是油田抽油機(jī)的有效功率。開展節(jié)能降耗工作就是要提高抽油機(jī)的有效功率，減少功率損失，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的工作目標(biāo)。

1.2抽油機(jī)能耗的影響因素

在抽油機(jī)工作過程中，影響抽油機(jī)能耗的因素有很多，大致可分為井下能耗和地面能耗兩方面。導(dǎo)致井下能耗的因素主要包含桿管偏磨、摩阻以及沖程損失等;導(dǎo)致地面能耗的因素主要包含抽油機(jī)、減速箱以及電動(dòng)機(jī)等相關(guān)設(shè)備的能耗。伴隨著石油的不斷開發(fā)，油井情況也發(fā)生了一些變化，此外，抽油機(jī)井平衡率也在變化。平衡率對(duì)抽油機(jī)的工作效率產(chǎn)生重要影響，提高抽油機(jī)平衡率，可以保證抽油機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，還能夠起到節(jié)能降耗的作用。

與此同時(shí)，抽油機(jī)的相關(guān)配套設(shè)施也對(duì)能耗產(chǎn)生較大影響。抽油機(jī)電機(jī)是利用無功就地補(bǔ)償?shù)姆椒?，?dāng)出現(xiàn)無功補(bǔ)償電容器被擊穿或是配電箱箱體損壞等不良狀況，就會(huì)造成抽油機(jī)電機(jī)不能得到相應(yīng)補(bǔ)償，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)工作效率明顯下降，產(chǎn)生較大能耗。此外，也會(huì)使抽油機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生一定能耗。總之，只有讓抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)科學(xué)的平衡率及運(yùn)行指標(biāo)，才可以有效減少能耗損失[1]。

2.抽油機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)研究

抽油機(jī)的節(jié)能降耗技術(shù)可分為兩方面內(nèi)容，一方面是通過采取一定措施進(jìn)行節(jié)能降耗，另一方面則是改進(jìn)抽油機(jī)設(shè)備達(dá)到更加節(jié)能。

2.1節(jié)能抽油機(jī)

在抽油機(jī)的使用過程中，常見的節(jié)能抽油機(jī)主要包括三種：摩擦換向抽油機(jī)、雙驢頭抽油機(jī)以及下偏平衡抽油機(jī)。以下將就這三種節(jié)能抽油機(jī)進(jìn)行簡單介紹。摩擦換向抽油機(jī)是采用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作，這種電機(jī)是利用智能模擬及數(shù)字的共同控制，通過摩擦輪來進(jìn)行傳動(dòng)。由于此裝置有著許多優(yōu)點(diǎn)，比如沖擊小、換向穩(wěn)定以及無級(jí)調(diào)沖次、沖程等優(yōu)勢(shì)，因此可以使電機(jī)輸入峰值扭矩得到較大降低，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的節(jié)能降耗;雙驢頭抽油機(jī)則是基于普通抽油機(jī)來優(yōu)化四連桿結(jié)構(gòu)，采用變徑圓弧狀的游梁后臂，橫梁與游梁間使用柔性連接件。利用四連桿控制電機(jī)扭矩按照正弦波動(dòng)，由于靜扭矩波動(dòng)極小，因此可以促進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗;對(duì)于下偏平衡抽油機(jī)而言，游梁偏置平衡重心的運(yùn)動(dòng)軌跡呈圓弧形，當(dāng)重心位于回轉(zhuǎn)中心水平線上時(shí)力矩最大，處于回轉(zhuǎn)中心垂直線上時(shí)力矩最小。有效運(yùn)用此原理能夠改變峰值扭矩，降低電機(jī)扭矩波動(dòng)，最終提升電機(jī)的效率。通過測(cè)試數(shù)據(jù)可知，上述三種抽油機(jī)節(jié)電率相差不大，因此，可結(jié)合實(shí)際情況來選擇適合的抽油機(jī)類型，通過節(jié)能降耗進(jìn)行低效開采。

2.2節(jié)能電機(jī)

在抽油機(jī)工作時(shí)，總是發(fā)生電機(jī)低負(fù)載率的問題，造成電機(jī)運(yùn)行效率偏低，并損壞配電線路。針對(duì)這一問題，提出的解決方案就是利用高轉(zhuǎn)矩電機(jī)、永磁同步電機(jī)以及超高轉(zhuǎn)差電機(jī)等技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。高轉(zhuǎn)矩電機(jī)內(nèi)部是采用雙定子結(jié)構(gòu)，且轉(zhuǎn)子同軸。當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)雙電機(jī)均開始工作，而運(yùn)行時(shí)只需要一臺(tái)電機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的節(jié)能。永磁同步電機(jī)是以同步工作、異步啟動(dòng)的方式進(jìn)行工作。定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到同步，因此，不會(huì)產(chǎn)生能量消耗，同時(shí)轉(zhuǎn)子不用勵(lì)磁，所以也不會(huì)有勵(lì)磁損失。總之，永磁同步電機(jī)的運(yùn)行效率極高，完全能夠使電機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。超高轉(zhuǎn)差電機(jī)則是采用增大轉(zhuǎn)子電阻的方法來提升轉(zhuǎn)差率，此外，還能降低電機(jī)在高負(fù)荷狀態(tài)下的運(yùn)行速度，增加扭矩。超高轉(zhuǎn)差電機(jī)和永磁同步電機(jī)的節(jié)電率比高轉(zhuǎn)矩電機(jī)的節(jié)電率要高一些，充分利用這兩種電機(jī)能夠達(dá)到節(jié)能最大化。

2.3節(jié)能降耗的措施

2.3.1抽油機(jī)正確安裝和運(yùn)行

當(dāng)抽油機(jī)工作時(shí)，應(yīng)保證井口和驢頭對(duì)中，假若不能使其對(duì)中就會(huì)造成盤根和光桿間的摩擦力變大，進(jìn)而導(dǎo)致功率損失。抽油機(jī)設(shè)備主要包括變壓器與電動(dòng)機(jī)，在變壓器的低壓側(cè)或是低壓側(cè)安設(shè)集中補(bǔ)償裝置，從而提高有效功率，降低無效功率。由于并未提升傳輸線路和電動(dòng)機(jī)的有效功率，便要求在電動(dòng)機(jī)上安設(shè)無功補(bǔ)償裝置，進(jìn)而提升有效功率，達(dá)到節(jié)能的目的。當(dāng)抽油機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，增加提升高度會(huì)提高有效功率，提升到一定高度后，有效功率就不再增加，基于此，調(diào)試抽汲參數(shù)，進(jìn)而提升抽油機(jī)的有用功率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

2.3.2降低皮帶傳動(dòng)損失

傳動(dòng)皮帶是抽油機(jī)的重要組成部分之一，能夠?qū)Τ橛蜋C(jī)的運(yùn)行效果產(chǎn)生重要影響。長期使用的傳動(dòng)皮帶會(huì)因出現(xiàn)問題而影響抽油機(jī)的運(yùn)行效果。因此，為了有效改進(jìn)這一情況，需要換為窄型V帶，確保抽油機(jī)皮帶大小輪保持四點(diǎn)一線。這樣做不但可以減少皮帶傳動(dòng)損失，也可以確保皮帶松緊度[2]。

3.改造抽油機(jī)結(jié)構(gòu)

3.1機(jī)械結(jié)構(gòu)改造

異相梁式抽油機(jī)是通過改造抽油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)來增加平衡的設(shè)備，這種抽油機(jī)的支架與變速箱是偏離的，平衡塊中心線和曲柄中心線有一個(gè)相位角，使得沖程載荷及其加速度得到降低，齒輪箱峰值扭矩得到減小，進(jìn)而降低能耗。異相梁式抽油機(jī)有很多類型，其中節(jié)能功率最大的就是雙驢頭抽油機(jī)，節(jié)能可達(dá)到30%，因此，許多油田都在采用這種抽油機(jī)來進(jìn)行油井開采工作[3]。

3.2增加控制裝置

游梁式抽油機(jī)是利用驅(qū)動(dòng)光桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)來完成原油提升工作，光桿載荷包括摩擦載荷、原油與抽油桿的重力以及液柱載荷等，通過降低載荷就可以減少能耗，從而提升抽油機(jī)的有用功率?？蓱?yīng)用減載器來降低載荷。減載器在下沖程時(shí)利用抽油桿自身的重量實(shí)現(xiàn)向下運(yùn)動(dòng)，上沖程時(shí)利用液柱壓差驅(qū)動(dòng)抽油桿往上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而有效減少負(fù)荷，降低能耗。

3.3調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)

調(diào)節(jié)梁式抽油機(jī)的生產(chǎn)參數(shù)也可以降低能量損耗。在石油的開采過程中，可通過增加沖次的方式來提升開采效率，但后期油井開采耗電量非常大，成本提高?；诖耍墒褂秒p脈沖寬度調(diào)制型變頻設(shè)備來調(diào)節(jié)沖次，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。在抽油機(jī)處于平衡狀態(tài)時(shí)，既能夠提升生產(chǎn)效率，還能夠進(jìn)行穩(wěn)定生產(chǎn)。但如果沒有使抽油機(jī)保持平衡狀態(tài)，則會(huì)產(chǎn)生較多無用功，如噪聲。在生產(chǎn)過程中，可參考上、下沖程的峰值扭矩或是上下沖程電流，進(jìn)而促使抽油機(jī)時(shí)刻處于平衡狀態(tài)，降低能量消耗。

3.4利用人工智能

大數(shù)據(jù)時(shí)代下，語音識(shí)別功能已隨處可見。如果能夠通過人工智能軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)行抽油機(jī)運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，設(shè)置可以達(dá)到最佳有用功率的生產(chǎn)參數(shù)，就能有效減少能耗問題，從而使每噸百米的提液能耗減低。人工智能將為石油開采工作提供新方向。

結(jié)論：抽油機(jī)系統(tǒng)對(duì)石油開采過程的能耗產(chǎn)生直接影響，如果在油井開采過程中，能夠?qū)Τ橛蜋C(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，再配套節(jié)能裝置和采取一些節(jié)能措施，就能夠在很大程度上減少抽油機(jī)的能耗，降低開采成本，提高原油開采效益，同時(shí)，也能推動(dòng)機(jī)采提效的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王卓. 抽油機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)探究[J]. 化學(xué)工程與裝備，2019，（06）： 100-101.

[2]肖河. 抽油機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)措施分析[J]. 石化技術(shù)，2019，26（02）：152.

[3]董傳舉. 油田抽油機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)[J]. 化學(xué)工程與裝備，2020，（09）： 129-130+126.