往复式抽油机运行及节能机理分析

【摘要】有杆泵抽油设备成为目前国内外使用最为广泛的抽油设备。文章通过分析抽油泵的工作原理，了解到了往复式抽油机的运行机理，并且找出往复式抽油机耗能大的原因，考虑了一系列减小换向功的方法，为设计游梁式抽油机提供了设计思路。

【关键词】抽油机 节能机理 运行机理

随着经济的发展，人们对于能源的认识也进一步提高，对于不可再生资源更是有了新的认识，也逐重视起能源问题，能源的开发工具不断得到改善，开发技术也不断得到发展。抽油机是石油开发中必不可少的工具之一，因此，如何能使抽油机得到高效的利用，在使用过程中如何节能已成为科研工作者日益关注的问题。

1 往复式抽油机的运行机理

要了解抽油机的运行机理，首先必须要了解悬点静载荷的大小及其变化规律。这可分为两种情况讨论。悬点从下死点向上运动的过程称为上冲程。上冲程时，游动阀处于柱塞之上，它会因压力的作用而关闭，固定阀由于泵筒内外产生压力差而打开，游动阀的关闭导致抽油杆的自身重力与柱塞上油柱的重力都作用于悬点上，而这两个力的方向都是向下的，这样会使抽油杆拉得更长，我们称这个为抽油杆冲程损失。固定阀的打开使油管外的油柱向下沉，而这个油柱会对柱塞的下表面产生浮力，浮力的方向是向上的，这样算来，当油泵处于上冲程时，悬点的静载荷为抽油杆重力与油柱重力之和减去向上的浮力。若将抽油杆与配重分别挂于一个轮子的两侧，忽略因油柱沉没而产生的浮力，那么悬点的静载荷则为抽油杆与油柱的重力之和，此时抽油机对油柱做向上提方向的功，使油管不断抽出原油。当悬点到达上死点时，排油过程结束。若油柱沉没较多，油柱的冲次低，那浮力也要算内其内。如果悬点开始下放，忽略一切微小损失，按照原油量与井口线一致的计算方法，我们也可以得到将悬点进行下行时的排油量，这样一来，在一上一下的冲程中，井口的排油总量就可以计算出来。按理论来说，排油是必然有一上一上两个行程的。但是因为柱塞的圆面积与抽油杆的圆面积相比要大得多，因此，上行时的排油量与下行时的排油量比较，上行时的排油量肯定也要大得多。随着原油的持续排出，悬点载荷必然会出现一定程度上的波动。悬点在不断下行的过程中，游动阀会随之打开，而固定阀则会选择关闭，理论上来说，这时的油柱载荷是零，那油柱的质量自然就会算在油管上，致使油管不断拉伸，造成油管冲程会有一定量的损失。

2 往复式抽油机的节能机理

往复式抽油机包括闭环轨道式与直线正反转缠绕式两种，下面重点分析闭环轨道式抽油机的运行机理及能量损耗情况。针对无游梁式抽油机来讲，换向滑块的运行是由链条来带动的，在这个过程中，链条的上行带动换向架实现悬点的拉动，当换向滑块升到油泵的最高点时，链条的上行速度则为零，此时换向开始。换向后换向滑块进行下行的速度慢慢由零加速到与链条相同的速度再进行直线下行。当滑块到达最底端时换向再次开始。换向滑块在整个运行过程中只有垂直与水平方向的运动，我们将在水平方向运动所做的功称为换向功。因此，换向功的大小是影响节能多少的因素之一。针对游梁式抽油机来讲，它其实就是由两个轮子组成的，第一个轮子的摆能让悬点进行往复运动，由此可发现，加大游梁前臂的长度增大摆动弧度都能使长冲程得以实现。然而，基于游梁式抽油机具有的特殊性质，若想要实现长冲程，加大游梁前臂长度是不可能办到的，因此，只有考虑增大摆动弧度。第二个轮子的圆心是减速器的输出轴，曲柄的工作范围是一个以曲柄长度为半径的圆。连杆的拉动是靠曲柄销的上下移动来实现的，而连杆的拉动又能 带动游梁的摆动，曲柄销水平方向的运动是为使曲柄销能换向。曲柄销因受切向力的作用会开始旋转，这个旋转力不仅会使曲柄销在水平方向移动，也会使得抽油机的支架摆动起来，这也有助于节能。曲柄销因换向而必须耗费一定量的功。因此，曲柄销的好坏一定程度上也能体现抽油机的节能水平。

3 分析直线往复式抽油机的运行机理及其耗能情况

直线往复式抽油机的运行是依靠电机的正反转而实现的。电机要正反转就必须由零件的一系列运转来实现，现在，这个过程可通过智能控制变频调速及智能控制开关磁阻能等方式来实现。在整个控制过程当中，可依靠能耗减速制动及惯性减速制动来进行减速。而对于智能控制，若想要减小运行过程中的换向功，可选择在进行过检测分析之后让电机提前断电，利用机械的惯性让电机一直运行到功能停止。如果在换向时使用了能耗制动方式，那么电机的制动能量就作了换向功。现使用最多的游梁式抽油机则是由于曲柄的旋转而产生换向功，因此，若想在中、低冲次中减少换向功，应考虑加大使游梁能够平衡的分量，因为游梁平衡分量与曲柄的驱动扭矩成反比，加大平衡分量可减少径向分力，使换向功更小。这样比较之下就会发现，若抽油机的结构参数相同，那么游梁平衡抽油机的节能效果要比曲柄平衡抽油机的效果好得多。通过分析也能发现，在长冲程过程中，链条机比游梁机要节能，直线抽油机在工作时，电机正反转与闭环轨道式相比要更节能。

4 结语

根据以上分析，对于往复式抽油机在运行过程中的节能措施是可根据油泵的运动规律来。抽油机对于石油勘探来说是必不可少的设备之一，但抽油机制耗能非常大，如何才能使抽油机能有更高的使用效率、节约使用时的耗能是我们现在要考虑的一个重大问题。但值得庆幸的是，长期的实践及对于抽油机的性能研究使我们慢慢总结出了一套最好的节能办法，也研究出了一套有效用于节能的机器。纵使现在这些技术和设备还有缺陷，但我相信，只要我们将实践不断应用于实践当中，我们就能发现问题，将现有的技术和设备进行改善，最终取得理想的节能效果。

参考文献

[1] 费飞.抽油机电机节能方法探讨[J].中国电力教育，2011（03）

[2] 张军，韩兵奇，刘宗恩，高栋梁.抽油机节能方案研究[J].机电工程技术，2010（08）

作者简介

邓怀峰，男，汉族，1986.07出生，籍贯：黑龙江省明水县；工作单位：辽河油田沈阳采油厂；学历：本科，专业：地质学；职称级别：职称级别：助理工程师。