游梁式抽油机系统能耗分析及对策研究

郑海涛，俞家善，陶 媛，张富新，张岩峰

（1.中国石油吐哈油田公司三塘湖采油厂，新疆哈密 839000；2.中国石油吐哈油田公司工程技术研究院，新疆哈密 839000；3.中国石油吐哈油田公司鲁克沁采油厂，新疆哈密 839000）

0 引言

游梁式抽油机在抽油机中处于主导地位，同时，它的能耗在采油成本中也占据较大的比重，因此要注重对游梁式抽油机节能技术与方法实施改进，降低油田能源消耗[1]。另外，油田采油工作环境条件复杂恶劣，且抽油机要带动抽油杆上下往复运动换向数万次，承受巨大的载荷，抽油机系统的稳定性与可靠性至关重要[2]。注重井下工作与地面工作，完善优化整个系统，才能保证抽油机的平衡，提高系统效率以保证油田开采质量。

1 游梁式抽油机系统能耗高原因分析

1.1 电机功率利用率不匹配

经济负载率指电机效率最高时的负载率，在实际情况下，油田采油工作中相关系统器械难以保持高效率，一般来说，电机的负载率在76%～100%，属于电机的正常负载率。但抽油机负载率周期不固定，伴有极强的波动性，若负载率低，电机效率也会降低，进而影响抽油机系统效率[3]。另一方面，抽油机通常采用异步电机，且抽油机的启动是带载启动，存在巨大的惯性矩，由上下固定点启动，但抽油机是以转矩运行，致使最大扭矩之间的能耗，同时，在电机的选择上，考虑到油井生产的不同，选择功率大的电动机，加剧能量的消耗。

1.2 抽油机的平衡

抽油机需要保持平衡才能在电机工作时电流波动稳定，避免电机功率出现负值现象，减少不必要的耗电，但抽油机在工作中难以保持平衡，同时，电机的变动损耗为抽油机主要的能量消耗，且在传输过程中产生固定消耗，电机不能有效调整就会失去平衡，加大电流的波动程度，增加能源的消耗[4]。再者，游梁式抽油机工作过程为上冲程与下冲程，上冲程悬点载荷为油液与抽油杆的重力与惯性力，下冲程悬点载荷为抽油杆的重力与惯性力，因此，工作悬点载荷的变化浮动增大，产生周期性波动载荷，进而引发电机输出端负载与冲击载荷，导致大量的电能消耗[5]。

1.3 电机参数不合理

电机参数是否合理影响抽油机井的能量消耗大小。具体的抽油机井生产参数由冲程冲速、沉没度和油泵的泵径构成，电机参数合理，节能效率高。若油井供液不足，会使抽油机系统负载率波动变大，降低工作效率。

1.4 井下泵的效率低

井下泵的低效率也会使抽油机系统产生能量消耗，在实际工作总结与研究中发现，导致井下泵效率低的第一个原因是地面拖动设施不合理，再加上电机功率利用率低，产生井下泵效率低。第二个原因是油田地下油层的发育差且供液能力差，进而产能也差，同时，抽油机冲程冲次利用率低。第三个原因是井下工具的结构安排、尺寸强度以及组合方式的不合理，加剧能耗的增加，加上对抽油井管理的疏忽，使机井达不到有效功率。第四个原因是井下泵的低效率也会受井斜、井筒流体的组分与物性。当前，油田开采工作中普遍存在抽油机泵低效率现象，且最终生产效率不足50%，能耗利用率低，导致整个抽油机工作效率降低[6]。

1.5 传送带的能量消耗

油田采油工作量巨大，整个过程需要协调有序进行才能保证最终的工作质量与成效，因此，除了电机损耗加大抽油机能量损耗外，传送带的能量损耗与其他流程的问题都会对抽油机的效率造成影响。

2 降低系统能耗的对策措施

2.1 优化抽油机井装机功率

目前，电机功率的利用率在采油工作中效率极低，主要原因是由于长时间的工作，产生的不确定因素影响，抽油机负载时刻交换，波动幅度大，使机器长时间过载工作运行，缩短电机的使用寿命。电机的合理区间在30%～60%，若电机利用率提高10%，效率就会提高5%，但是一旦利用率到达60%，电机就会产生过载现象，科学合理地将电机利用率设置在40%，就能在保证机器高效运行的同时，也保证电机的使用寿命[7]。

2.2 优化游梁式抽油机平衡方式，提升抽油机平衡度

（1）采用异相型游梁式抽油机，异相型抽油机有一个平衡相位角，即曲柄平衡块中心线与曲柄对称中心线的偏离角度，能将抽油机下死点对应曲柄位置滞后一个相位角，并且以井口在右侧为准，顺时针旋转，使曲柄轴的输出扭矩曲线呈平缓状态，由此降低电机的输入功率，达到节约能源的目的。

（2）游梁式抽油机在负荷情况下处于一种冲击性周期变更，启动的扭矩变大，冲速过程中负载波动大，要注重为抽油机提供强大动力设备的电机实施改造，利用抽油机专用电机，如稀土永磁电机、超高转差率电机，能提供启动所需要的转矩，同时，也能有效降低装机功率，提升电机的效率与功率。

（3）采用双驴头抽油机，优化4 连杆机构，利用柔性连接部件，使运行抽油机的扭矩变化与抽油机的负荷曲线趋向一致，减少扭矩过大产生的高能量消耗，合理使用变距平衡达到节约能源的目的[8]。

2.3 提升井下抽油泵效率

（1）系统实施优化，强化系统的机械效率，确保抽油机载荷率在60%～80%，注重技术水平的提高与发动机效率的提高。采用平均功率法，调节平衡技术，提升传送过程中的效率，要注意对设备的管理，对已损坏的皮带及时更换，再依据抽油机的具体特点与采油过程中的特点，合理把握皮带的松紧程度。

（2）合理化沉没度与工作方式，对气体能量合理管理与利用，不断改进创新，对泵结构实施优化，提高泵的能效与防腐蚀能力，适应复杂的环境。

（3）根据实际情况采取抽停，合理控制间歇生产。

（4）对杆管的弹性损耗进行控制，合理协调供采，优化动力配置，调整参数。

（5）注重日常对机采系统的维护与管理，机器要定期清理清洁，具体方式可利用加药加热洗，降低抽油机负荷与油井的工作耗电量，还可采用对井口回压套压控制减少提升机采系统效率，注重对原因的发掘与分析，采取针对性措施。

（6）根据实际情况对抽油机的平衡进行调整，保证机采机械效率的提高。主要原因是如果抽油机平衡差，相应的电机需要的功率就会大，致使耗电量增强。因此要对抽油机的平衡实施严格监控；根据不同油井状态与特点，选用与实际相符合的电机，达到资源的合理分配与利用，减少功能的损耗。要注意对实际操作工作的指导，培养工作人员的应急处理能力，换机工作要有明确的流程与专业化的指导，若电机负载率低就调大，电机的负载率高就依据实际调小，科学合理控制能耗，提高机采机械效率，进而提高整个油田采油工作效率。有关工作人员也要注重提升自身专业能力，强化对抽油机保养与调整，优化最终效率[9]。

2.4 优化抽油机井生产参数

在油田开采过程中，需要各个环节的把控与加强，任何环节出现错误，都会对最终的采油成效产生巨大的影响。由此，对于抽油机井的机、杆、泵要依据油田特征选择型号与性能，既保证质量，又保证能源的节约，同时，还要注重对工作参数的整合优化，在坚持高系统效率与供排协调的前提下，对油井的投产与井况改善采取有效措施，适当采取其他增产措施。通过实践试验与研究，参数较大的井，就要合理下调冲程以及冲程参数，调整油井沉没度，增加泵挂深度，再对井实施平衡调整，在不断的改善与调整中，促使抽油机井达到实际需要的平衡，优化生产参数，单井产量不会发生大幅度下降，抽油机整体效率大大提升。利用参数优化提升抽油机系统效率，投入资金少、见效快、节约成本。

3 结束语

油田开采过程中会出现各种各样的问题，其中，最应重视是能源消耗增大，每个环节都相互联系，任何环节出现问题，都可能影响最终的质量与效率，在抽油作业中，虽然抽油机只是其中一个环节，但对采油系统节能有极大的影响，游梁式抽油机要保证能源的节约，就要强化平衡管理，注重提升油泵效率，优化管理监督，有效降低能耗，提高采油系统效率。