油田常规抽油机节能改造

刘长胜（胜利油田分公司孤东采油厂）

油田常规抽油机节能改造

刘长胜（胜利油田分公司孤东采油厂）

常规游梁式抽油机因可靠性好、操作维护方便、运行成本低等原因成为各油田抽油作业的首选。新抽油机机型因可靠性不足，有的遭到了淘汰，而游梁抽油机通过改进开发了双驴头、下偏杠铃、弯游梁等机型抽油机，可靠性较好，且又具有节能优势，无游梁式抽油机则在黏稠油开采上具有常规抽油机无法比拟的优越性。判断一种抽油机是否节能，要考虑很多环节。选用抽油机时要根据油井产液量大小、动液面深浅、含水率及原油黏度等因素进行统筹考虑，以达到节能的目的。

油田 抽油机 节能降耗 措施

我国各大油田机械采油抽油机用量大、耗能高，约占油田总用电量的70%，是影响油田采油能耗和成本的重要因素。近20年来，国内大油田及制造企业在抽油机的节能增效上做了各种努力和尝试。市场上先后出现了很多类型的抽油机产品及节能装置，仅试验、应用的各种新型抽油机就有一百多种、数万台。

1 常规抽油机机型的绝对优势

通常来说，油田选用什么抽油机设备，用户说了算。只有他们最清楚需要什么样的抽油机。油田企业对抽油机的选用首先是可靠性高，故障率低，安全性好。

抽油机的工作环境和条件十分恶劣，要求：无人值守地运转；除了维护、修井时间以外，1年365 d每天24 h不停地工作；在野外露天、严寒酷暑、风霜雨雪等环境下全天候地工作。为带动抽油杆上下抽油，抽油机每天要换向数千至数万次，随着换向其载荷不断地大幅度正负变化。正因为严酷的工作条件要求抽油机有高度的可靠性。

目前国内对抽油机的“可靠性”要求，暂时还没有明确的标准。据统计，中石油抽油井平均有效开机时率约95%，即平均每口井每年有18.25 d处于停机状态。而加拿大、印尼要求抽油机每年停机时间分别不超过1 d、1.5 d。

假设以每年停机3 d计算，中石油在用的10×104台抽油机，则需要有2 460多个维修队伍365 d（8 h/d）忙于抽油机的维护。目前正在试用的新型抽油机，可靠性远远达不到上述要求，保守一点说，这些机型年累计维护时间不会少于10 d。

如果在试验阶段，试用的数量小，这10 d的维护时间不是大问题，假如推广到10×104台则数字令人震惊。即意味着需要有8 000个维修队伍365 d（8 h/d）忙于抽油机的维护。这不仅使维护的人力、直接费用难以支撑，同时将意味着每年要影响300×104t的原油产能 （3 t/d）、75×108元收入（2 500元/t）。

抽油机可靠性对油田的意义由此可见一斑，常规抽油机在耐用方面独领风骚。仅此一项，就将需要经常维护的机型在市场上一一淘汰出局。

另外，常规抽油机的操作维护方便、运行成本低。调查结果显示，目前常规抽油机及在其基础上革新的新机型，即游梁式节能抽油机每年维修成本一般在2 000元左右。市场上的新品，即无游梁式节能抽油机的维修成本通常在8 000～10 000元之间，是游梁式抽油机的4～5倍；维修时间因各种机型有所不同，大致上无游梁式抽油机维护时间是游梁式抽油机的2倍以上，且对维修人员素质要求较高。

目前由于各油田采油公司成本压力均较大，维修人员较为紧张，虽然无游梁式抽油机节能效果不错，但与游梁式节能抽油机相比，不仅维修时间长、费用高，同时还因停机时间较长影响原油产量，而且对采油维修人员素质要求更高等，不太适应油田的实际，推广难度较大。

基于上述两点，至今游梁式抽油机仍在抽油机大军中占有绝对多数，仍然是各油田抽油作业的首选。据统计，中石油现有油井数约14×104口，其中抽油机井数11.5×104口，在用10.3×104口。使用常规抽油机6.1×104台，占59%，节能型抽油机4.2×104台，占41%。全国超过20×104口抽油机中，使用常规抽油机的应在60%以上。

2 新抽油机机型可靠性不足

近20年来，随着国家和石油公司对节能降耗的逐步重视，不断有大量的节能型抽油机、节能电动机、节能配电柜等产品在油田现场进行试验应用，其中试验应用的各种新型抽油机有一百多种，数万台。大部分由于设计、质量、安全、操作维护等方面的原因，可靠性远远达不到上述要求而被淘汰。

新型抽油机在油田经过近20年来的应用考验，只有少数机型（双驴头、下偏杠铃、弯游梁、偏置式、低矮型、链条宽带等）得到了用户的认可，逐步推广应用至今，其余近百种机型由于设计、制造等方面原因，可靠性差、故障率高、维修复杂，无法适应油田现场的使用而被淘汰。

上世纪80年代，曾批量在辽河黏稠油田上推广的链条抽油机，十多年间应用了3 200多台，但终因轨迹链条故障多这个致命缺陷，全部退出了市场。摩擦式抽油机，2002年在大庆、辽河、吉林小范围地进行了推广应用，通过几年的试用，由于产品可靠性较差、小毛病不断（2～3个月需进行一次维修保养）及设计不合理（电动机、减速箱在抽油机顶部），维修保养存在一定安全隐患，现已基本被淘汰。曾经广泛推广应用的自启动永磁异步电机，最多时曾用到1万多台，虽然在初时节能效果较好，但使用一段时间后逐渐退磁，退磁后能耗更大，现已基本退出市场。还有许多机型没能到小批量试验就已退出市场。以上这些未成功的机型，虽然在推广初期都有明显的节能效果，批量推广应用后很快就出现了各种问题，逐步被市场淘汰。

遭淘汰的原因主要有3点：

1）初期试验数量小，厂家往往由专人盯在现场，选配电动机、维护调整都比较到位，出现问题不等油田用户知道，厂家就已经自行解决。

2）现场连续试验时间不够长（至少需要一个大修周期6 a），有些问题暴露不足。

3）批量应用后，有些在少量试验时不成问题的问题上升为不能接受的大问题。例如，在几台抽油机试验时，即使每台设备每年累计需要30 d的维修时间，对于维修工来说并不是应付不了的，但假如应用到1 000台，即使每台设备年累计维修时间需要10 d，油田也承受不了。

近百种抽油机的试验推广和退出市场，不仅给制造厂家带来了巨大的经济损失，中石油、中石化也为此付出了巨大的原油产量损失和人力、物力损失。

一种好的抽油机产品要结构简单，可靠性高，节能效果好且成本较低，其中，可靠性是首要因素。作为抽油设备之一，抽油机产品首先要满足基本需要，如果达不到可靠性这一要求，节能效果再好也是不够的。

由此看来，要打破常规，必须先让用户真正信服，归根结底在于抽油机产品本身。如果能在经济性较好的情况下，大大提高可靠性，就有可能逐步扩大推广应用的数量，甚至，将来某一天会取代游梁式抽油机的优势地位。

3 改造游梁式抽油机

基于常规抽油机结构简单、可靠耐用、操作维修方便等优点，抽油机生产企业在游梁式抽油机的基础上，改进开发了双驴头、下偏杠铃、弯游梁、偏置式、低矮型等抽油机。这些机型既保留了原来优点，又具有节能优势，深受油田用户好评。

经调查，目前在大庆、辽河、新疆等7家油田企业中，节能型抽油机共计36 361台，其中，游梁式抽油机有35 670台，主要以双驴头抽油机、偏置（异相曲柄）抽油机、下偏杠铃抽油机及弯游梁抽油机为主，约占节能型抽油机的98.1%。经过油田实际工况条件的考验，这些机型得到认可，已成为目前中石油新机井和替换老机井中采用的主力机型。

目前国内仍然有很多在用的老机井，如何降低这些常规抽油机的能耗，成为各油田抽油机节能工作的重点。

据了解，目前中石油各油田主要采取以下做法：

◇将常规机分批进行节能改造，如改造成双驴头抽油机、下偏杠铃抽油机等。

◇给常规抽油机加装节能拖动装置，实施节能改造。

◇在抽油机电控柜加装电容器对无功功率进行就地补偿。

通过上述措施，均取得了不同程度的节电效果。如采用承德石油机械有限公司生产的高转差电动机，通过十多年来38 000多台高转差电动机使用效果来看，此项节能措施是一项投入少、见效快的便捷方法。另外，一些油田根据油田实际工况选用多功率电动机、双速电动机等，也取得了较好的节能效果。

4 开发无游梁式抽油机

游梁式抽油机的结构原理决定了耗能较多，这给各种新型抽油机提供了一个机遇。这些年来，中石油、中石化各大油田及制造企业进行了积极有效的尝试。

开发的新型抽油机有链条抽油机、皮带抽油机、液压抽油机、塔架式电动机正反转的抽油机……这些抽油机都有各自的优点，如平衡效果好、节能、抽油冲程长、质量轻、占地小等。但总的来说，在运转可靠性方面，均逊于号称“老黄牛”的常规游梁抽油机。

尽管如此，无游梁式抽油机易于实现长冲程、悬点接近匀速直线运动等特点，在黏稠油开采上具有常规抽油机所无法比拟的优越性。在稠油较多油田区块，如辽河油田，“长冲程、低冲速”黏稠油开采给这类抽油机提供了较大的发挥空间。

据了解，在中石油应用无游梁式抽油机主要以塔式皮带机为主，其中，链条宽带抽油机用得最好。链条宽带抽油机（8 m冲程，2次/min）在辽河油田6年多的改进完善，可靠性不断增强，在辽河油田已基本得到认可。

另外，在中石油大港油田、大庆油田的一些采油厂，有两种新机型正在试用。一种是试用1年多的复式永磁电动机抽油机，由于其效率和功率因数高，简化了机械传动环节，比普通电动机节电35%～57.6%；另一种是试用近2年的曲拉式抽油机，该机型结构简单，钢材用量少，通过优化滑轮位置、优化力的传输实现节能，比普通机节能44.5%。以上2种新机型，虽然在设计方面有独到之处，但若批量试用尚需2～3年时间。

中石化胜利油田发明了长环形齿条抽油机。该皮带抽油机采用了链条抽油机“轨迹链条换向结构”核心技术，独创的“长轨形齿条换向结构”主要是以齿条代替链条，以进一步提高可靠性；同时，又进一步缩短传动链，提高机械效率。

发明者顾心怿院士表示，这是一次新的努力。当然，由发明到成熟，再到通过实践的检验和业内的认可接受，还需一个过程。据称，该抽油机近来已经得到很好的应用。

5 系统节能

抽油作业是一个系统，抽油机只是其中一个主要环节，节能还要看整个系统。油田的井下情况很复杂，判断一种抽油机是否节能，还要考虑很多环节。

首先，“量体裁衣”很重要。在选用抽油机时，要根据油井产液量大小、动液面深浅、含水率及原油黏度大小等因素统筹考虑。小泵、深抽要考虑抽油机额定悬点载荷的满足及用长冲程保证泵效；浅井、大泵要考虑减速器额定扭矩的满足；浅井小泵可考虑采用玻璃钢抽油杆和短冲程高冲速抽油机谐振抽油；原油黏度高、动液面深的油井，需要长冲程、低冲速的抽油机等。

其次，细化抽油机管理，依靠管理节能，非常关键。一方面，根据油井实际载荷，选配适合功率的电机，避免“大马拉小车”；另一方面，及时调整抽油机平衡度。在不少新机型上井试验中，这点效果很明显。正如一位业内人士所言：“管理水平就是节能。”

据国内外专家研究称，单纯在抽油机上节能挖潜，节能不会超过8%。实际上，抽油机节能是一个系统的节能，从变压器、低压电路、电控柜、电动机、抽油机、抽油杆、抽油泵等组成的系统中综合节能。加强抽油机的运行管理，同样是节能降耗的有效途径。

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.08.009

刘长胜，1994年毕业于胜利石油学校，2005年毕业于中国石油大学（东营），高级工程师，从事采油技术管理工作，E-mail：liuchangsheng.slyt@sinopec.com，地址：山东东营胜利油田分公司孤东采油厂，257237。

2011-08-19）