造成抽油机能耗高的原因分析与治理对策

宫丽卿 薛小蜂

摘 要：导致抽油机能耗偏高的因素较多，实现抽油机井的节能降耗是一项复杂的系统工程。本文对抽油机能耗高的成因进行了分析，并在此基础上详细介绍了几种常见的抽油机节能技术及其应用对策方法，取得了良好的效果。

关键词：抽油机;能耗;成因分析;节能降耗;对策

1.造成抽油机能耗高的原因分析

1.1电动机负载低

为保证抽油机的启动要求和在运行时有足够的过载能力，通常所配的电动机装机功率较大，而电动机正常运行时都是轻载运行，造成抽油机负载率低，与电动机不匹配，形成“大马拉小车”的生产状况，使线路、变压器、电动机的功率损耗增大;电动机的运行效率取决于负载率，轻载时电动机的效率很低，当负载增加到一定值时，变化则很小，有实验证明：负载率〈0.4时，效率的变化不大，负载率>0.7时，效率最高。当电动机负荷很低时，电动机仍要从电网吸取较大的无功功率，从而降低了功率因数，这就是目前电机功率因数低的主要原因。

1.2空抽运转

空抽运转是指抽油机在空负载或者接近空负载情况下仍维持运行，造成这种现象的原因有两种，一是由于抽油机在设计制造时会按照油井最大抽取量进行选择，并且为了防止意外情况还会预留下设计余量;第二是抽油机在工作过程中随着工作深度的不断增加，地下油量会越来越少，最后出现空抽现象。

1.3抽油机设备陈旧

设备陈旧是导致抽油机工作效率低的重要因素，此外设备老化现象还会对企业生产的经济效益产生较大的影响。对于中型油田企业来说，由于设备陈旧老化造成的折旧可能达到上亿元，依靠引进抽油机很难对油田工作面整体运行情况进行全面的改善，并且新增抽油机还要依靠大量的资金进行长期的规划，这给企业运行造成了设备和资金上的负担。引起抽油机陈旧的原因很多，其中与地质层的摩擦、机器之间的磨损以及原油的侵蚀是造成设备陈旧的主要因素，也是很难控制的因素。此外由于操作不当或者维护力度不够也能够对设备的使用寿命和工作效率产生影响，抽油机工作环境较为复杂，并且多维露天作业，因此工况情况十分恶劣，为抽油机的维护保养造成了阻碍，但是这种影响因素能够通过管理水平的提升得到有效的改善。

1.4抽油机系统效率低

由电机、地面传动设备及井下抽油设备构成了有杆抽油系统，各部分效率都与系统效率有着密切的联系，任何一部分的效率减低都会导致系统效率变低，因此如何提高抽油机系统的总效率，建设节能低耗的百年油田是需要我们攻克的一个复杂的系统工程。

1.5抽油机能耗大

油田现在主要应用的是游梁式抽油机，它是油田的电能消耗的主要设备。不同型号的游梁式抽油机即使在相同的工作条件，井下工况其同一时刻的井下能耗也是有所差别的。根据多年的工作研究得出导致抽油机能耗大的主要原因有：（1）游梁式抽油机的负载特性和其所匹配的三相异步电动机的转矩特性不同步。常常会出现电动机变成发电机的状况发生二次能量转化现象，电动机的工作效率大大的降低。（2）现在一些常规的抽油机的扭矩因数很大，随之会产生很大的载荷波动系数，抽油机的能耗也会加大。

2.降低抽油机能耗的治理对策

2.1选用高效节能型电机或专用电机，淘汰老旧落后电机

高效节能型电机的电机损耗仅是传统落后电机的几分之一，但电机效率却明显高于同状态下一般电机，是老旧落后电机更替的首选。

（1）永磁同步电机。抽油机上使用的永磁同步电机是一种异步启动的同步电机，由转子交流启动后牵入同步运行，类似于交流同步电机。其运行是靠定子绕圈在气隙中产生的旋转磁场与转子上磁钢间的相互吸引，使转子与定子气隙磁场同步旋转而做功。其转子等效电阻电路，故功率因数高，因无磁励电流，其空载损耗小。电机效率可达96%左右，较三相异步电机高。

（2）直流电机。直流电机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。此外，直流电动机还有起动转矩大、效率高、调速方便、动态特性好等特点。

（3）其他专用电机。对有特殊工艺要求的设备，其对电机某一方面性能的要求不同，应结合具体情况具体装配，尽量减少因普通电机为弥补专用电机性能而造成额外电机电耗。

2.2提高电机负载率

电机低负荷率下的效率低和功率因数低是抽油机浪费电能的原因之一，电动机负载率提到7-12%，则系统效率可提高2-4%，当电机负载率低于25%时，应考虑奉还一个低容量级别的电动机。针对供液不足井泵效低，耗电量大的现状，采取低速电机和变频器手段进行参数优化，达到节电的目的。在选择电机时应注意以下两点：（1）如果电机功率选得过小，就会出现“小马拉大车”现象，造成电机长期过载，使其绝缘因发热而损坏，甚至电机被烧毁。（2）如果电机功率选得过大，就会出现“大马拉小车”现象。其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利，而且還会造成电能浪费。

要正确选择电动机的功率，必须经过以下计算或比较：（1）对于恒定负载连续工作方式，所选电机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。（2）短时工作定额的电机，与功率相同的连续工作定额的电机相比，最大转矩大，重量小，价格低。因此，在条件许可时，应尽量选用短时工作定额的电机。（3）对于断续工作定额的电机，其功率的选择要根据负载持续率的大小，选用专门用于断续运行方式的电机。

2.3针对不同系统，合理调整系统参数，科学维护，加强管理节能

电机的日常维护也是决定电机是否高效低耗经济运行的重要因素，要按照系统参数设置的要求，定期检查电机运转情况，优化管理和维护。避免电机长时间超负荷、高温运行，对电机效率过低、不能经济运行的电机要及时进行原因监测分析，调整负载状态，尽可能地保持电机长时间处于经济运行状态。 对运行的各个系统，进行正确的参数设置，监控电机与终端装置的匹配状况，避免“大马拉小车”和“小马拉大车”现象，让电机始终保持在经济运行位置。

2.4使用软启动、变频调速装置或安装节电装置

通常感应电动机采用直接启动或一般启动的方法，电机的全压起动电流为额定电流的5-7倍，不仅损耗大，对电网冲击也大，机械磨损，振漏大。如果用变频调速启动，可以将起动电流限制到很小，即使是满载起动，也只比额定电流稍大就可以了，损耗大大降低，既不冲击电网，又不冲击机械。

2.5 改进平衡方式

改进抽油机的平衡方式，提高抽油机的平衡度，可以降低减速器输出轴转矩的波动幅度，达到节能的目的。一是平衡相位角。为了平衡扭矩与载荷扭矩对齐，偏置这样一个角度。二是变距平衡。这种平衡节能技术，解决的是抽油载荷正常生产时的周期变化。运用变距节能原理的典型应用事例就是双驴头抽油机。

3.结束语

抽油机与电动机的节约用电是一个复杂的系统工程，包括地下和地面两方面的诸多因素，不能忽略其中的任一环节，只有做到环环相扣，优化其中的每一个“细节”，达到能耗最低化、产量最大化。造成抽油机能耗高的因素较多，要抽油机井的节能降耗是一项系统工程，要做到地层与设备、设计与技术、技术与管理的协调统一，不断应用新技术、新工艺，使抽油机井节能降耗深入持久的开展下去。

参考文献：

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[2]张选正.国内外油田抽油机各种节能方案的分析[J].电机与控制应用，2012（04）.