抽油机液压节能装置

周勇（新疆油田工程技术研究院）

抽油机液压节能装置

周勇（新疆油田工程技术研究院）

为降低常规型游梁式抽油机能耗，研制了抽油机液压节能装置。该装置通过抽油机游梁上下行的做功变化而储能释能，有效地改善了抽油机的平衡效果，消除了发电态负功对抽油机的不良影响并将负功余能再生使用，降低了抽油机的能耗。在新疆油田应用 50台，经测试平均有功节电率为22.04%，无功节电率为 39.54%，综合节电率为15.43%。

抽油机 液压节能装置 节能原理

常规游梁式抽油机存在“大马拉小车”和能耗高的问题，为克服这一问题，新疆油田对游梁式抽油机进行了平衡改造，一是在曲柄上加平衡块即曲柄平衡，二是在游梁尾端加平衡块即游梁平衡，三是在曲柄和游梁尾端都加平衡块即复合平衡。通过这三种方式的平衡改造，抽油机平衡度得到了有效的改善，从最初的平衡度合格率不到 30%提高到了现在的 70%以上，电动机平均有功功率明显降低。但无论采用哪种平衡改造方式，抽油机载荷扭矩曲线始终是非规则曲线，导致电动机仍存在较大的峰值功率和反发电现象，不能达到最佳的节能效果，因此研制并应用了能够将抽油机负功能量回收利用的 液压节能 装 置[1-2]。

1 结构组成与工作原理

抽油机液压节能装置由机械液压总成和电控总成两部分组成，机械液压总成包括液压缸、液压蓄能器、液压集成块、液压缸支架和上下铰接机构，可安装在抽油机的前段或后端。

电控总成由 DSP微处理芯片、数据采集电路和控制电路组成。DSP微处理芯片负责运算和实施节能策略、采集抽油机曲柄位置信号、电动机电流电压、电动机功率和蓄能器压力信号，通过分析这些信号后，作出液压缸回收或释放的决策，见图1。

液压节能装置通过液压缸活塞杆的上铰座与抽油机游梁进行连接，安装在抽油机前端时，抽油机游梁下行时，推动液压缸活塞杆向下运动，液压缸内部的油液进入液压蓄能器，机械能转变为液压能，实现能量储存；抽油机游梁上行时，液压蓄能器内的油液流向液压缸，推动液压缸活塞向上运动，液压能转变为机械能，实现能量释放，辅助推动抽油机的游梁上行；安装在抽油机的后端时，液压缸活塞杆运行方向与液压节能装置安装在抽油机前端时相反。

图1 液压节能装置工作原理图

2 节能原理

假定液压节能装置安装在抽油井的前端，只有抽油机下行时出现负功能量，且产生发电能量能够全部反馈到电网，并能被电网另一耗电设备使用[3]， 则未安装液压节能装置时：

式中：

E电——电动机消耗能量，kW；

E电上——上冲程电动机消耗能量，kW；

E电下——下冲程电机消耗能量，kW；

E负——抽油机下行时产生的机械负功能量，kW；

η电传输——电网传输效率，%；

η ——抽油井地面效率， η =η电机η皮带η减速器η曲柄η连杆。

安装液压节能装置后：

式中：

E液电——安装液压节能装置后的电机消耗能量；

η液= ηhηm——液压回收和释放能量的效率。

以 12 型抽油 机产液量 10t/d 的油井为例 ，地面效率为 η = η电机η皮带η减速器η曲柄η连杆=0.5，设 电 网 传输效率为 η电传输=0.95，则 η负功= η电传输η =0.48； 而液压平衡节能装置再生利用负功机械能量的效率η液= ηhηm=0.56。

从以上分析可看出，原抽油机是将负功机械能量转换成发电能量再被其他抽油机利用，而液压平衡装置则是通过抽油机自身再生利用其在运行中所产生的负功机械能量，负功利用效率后者高于前者。

3 应用效果

目前在新疆油田的 10型、12型、14型的常规游梁式抽油机上安装了液压节能装置50套，目前运行了2年，该装置运行平稳可靠。在保证油井同等技术参数、产液量不变的情况下，测试了其中10口抽油井，测试结果见表1。

表1 抽油机液压节能装置安装前后能耗对比

从表1中可看出，安装抽油机液压节能装置后，有功功率和无功功率明显降低，平均有功节电率 为 22.04% ， 无 功 节 能 率 为 39.54% ， 综 合 节 电 率为 15.43%，大幅度地降低了采油能耗，节约了开采成本。

4 经济效益

4.1节约电费

以10型抽油机电动机 30kW为例，年用电量为7.13×104kWh，安装液压节能装置后，年节约电量为 1.1×104kWh； 电 费 按 0.68 元 /kWh 计 算 ， 年 节 约电费为 0.75万元。

4.2节约抽油机维护费用

安装后，减少了抽油机震荡使抽油机运行更平稳，抽油机故障率明显降低，平均故障率比未安装液压节能装置时减少了 70%，按年维护抽油机人工、材料费用1万元计算，可节约维护费用0.7万元。

5 结语

1）液压节能装置在消除发电态负功对抽油机不良影响的同时，将负功余能再生使用，降低了抽油机提升过程的有功功率消耗，减少了抽油机的电动机扭矩波动，改善了抽油机机械结构受负功余能产生机械冲击，提高了抽油机使用寿命。

2）液压节能装置可以减小抽油机电动机的最大峰值功率，适当地降低电动机功率的配置参数，从而减少当前游梁式抽油机普遍存在的“大马拉小车”状况，降低抽油机的购置成本。

3）液压节能装置是与原抽油机并联连接的节能装置，在液压节能装置需要维护维修和出现故障时不影响原抽油机的正常使用，从而保证抽油机的长期正常运行，不会因液压节能装置的维护维修而影响油井产量，适合常规游梁式抽油机的节能改造。

[1] 姜继海,谷峰,秦二卫,等.液压能回收的扭矩平衡油梁式 抽 油 机[J].能 量 流 动 与 控 制,2009,33（2）:4-6.

[2] 催平正.新型液压节能抽油机的控制系统设计[J].机床与液压,2005（5）:143-144.

[3] 孙东.抽油机液压平衡装置能量利用分析[J].油气田地面工程,2011,30（9）:21-22.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.007.016

2013-03-25）

周勇，工程师，2008年毕业于西南石油大学，从事机械采 油 节 能 技 术 研 究 工 作 ， E-mail： ktyzhouy@petrochina.com.cn， 地址：新疆克拉玛依市工程技术研究院石油工程所，834000。