谈变速运行优化在抽油机井上的应用

孙哲

摘 要：对抽油机井变速运行优化技术进行了简单介绍，并阐述了具体的技术类别，最后结合相关理论研究成果，就变速运行优化在抽油机井上的具体应用与分析进行了探讨与研究，以供参考。

关键词：抽油机;变速运行;优化

在机械采油设备中，抽油机有着非常广泛的应用，其特点在与可靠性强、维修便捷，且使用寿命相对较长等等。当然抽油机在运行时因为负载波动、启动转矩大以及曲柄角度变化等而导致能耗处于较高水平，这无疑会降低整个抽油机井的综合效益。针对此，我们有必要针对抽油机井的变速运行技术进行优化与改进，降低抽油机井能耗，为保障抽油机井的整体产能提供有力支持。

1 概述

对于常规的游梁平衡抽油机来讲，在平衡率接近1时，上下冲程耗时一致;而异形抽油机则在平衡的条件下上冲程时间短于下冲程时间，会产生节能的效果。分析表明，通过调节抽油机井变速比（上下冲程速度比），可以提高原油在泵中的充满度;适当提高上冲程的速度，可以减少在提升过程中的漏失量，有效地提高单位时间内的原油产量，达到节电效果。对于黏度大的油井，因原油黏度上升，驴头、光杆等部件会运行不畅，通过调节冲程频次和选用“上快下慢”的开采工艺，能保证抽油机井的有效运行，确保油井长期稳产。

2 抽油机井变速运行技术

2.1 常规抽油机节能技术

常规游梁式抽油机主要以四连杆机构作為运动传递部分，其功能就是将电动机的旋转运动转化为悬点的反复运动。在抽油机运行过程中，悬点会受到交变载荷的作用，并受到下泵深度、杆径、泵径、油压等因素的影响。抽油机变速运行优化中节能技术也有着比较广泛的应用，当然其节能原理趋于一致，均是以抽油机平衡状态优化为目标，促使净扭矩曲线与一条直线趋于一致。

2.2 抽油机超越离合器技术

超越离合器的工作原理就是通过主动件与从动件的转速变化以及回转方向的变换，实现自动接合与脱开。在接合状态下，主动件会带动从动件共同转动，而超越状态则是指主动件与从动件相对脱离，并各自以一定的速度回转。作为一种机械离合器，超越离合器的运行原理相对特殊，其在机械传动中主动部分的相对运动速度变化以及旋转方向会决定其进入结合或脱开状态。驱动元件只会从单一方向来转动从动元件，在驱动元件转动方向改变的情况下，从动元件则会与其相脱离，从而避免动力的专递。在电动皮带轮上安装超越离合器，基于原有的油井工作机制，使双向动力传动转化为单向，如此电机发电就会受到抑制，如此一来电机与皮带传动效率就会提升，进而提高产能，同时减少能耗。

2.3 变速运行技术

现阶段，大部分情况下抽油井变速运行技术都是利用变频调速来实现冲刺的调节，该项技术除了可以平滑的调节冲次，同时还具备启动转矩大、启动电流小的特点，并且电机启动也会因此趋于柔性化，这对于抽油机井而言是具有比较良好的适用性的。在调节与优化参数时，实践中可以对抽油机井驱动电机中的上、下冲程对应频率进行设置，从而有效控制频率投切，促使上、下冲程状态下的系统电机转速比例呈一定规律，最终将运行模式转变化上快下慢、或者上慢下快。该模式下抽油机的节能效果将会得到增强，并且其运行效率也会得到提升。

3 变速运行优化在抽油机井上的具体应用分析

3.1 曲柄运动中变速度计算

抽油机井变速运行计算的内容以抽油机井杆柱瞬时速度为主，这是确定抽油机井产量的关键参数。在实际分析过程中，需要对抽油机井的生产参数进行收集与分析，并基于理论层面对抽油泵柱塞截面积、冲程、冲速等数据进行计算。如下为等效悬点冲速的计算式。

根据上式，n表示等效悬点冲速（单位min-1）ωup、ωdown分别表示的是上、下冲程状态下，电动机的旋转角速度;θup、θdown则表示上、下冲程状态下，曲柄的转过的角度。

在匀速运行状态下，抽油机的冲速为n，那么每个冲程下的循环时间用下式表示。

根据推到可分别得出上、下冲程下曲炳角的速度，即：

3.2 现场试验

为了对理论计算与现场实际的拟合情况加以验证，确保二者趋于一致，相关人员分别在3口油井上做了变速运行试验，并根据现场试验结果对百米吨液耗电与变速比的关系图进行了绘制，如图1。

根据试验结果可知，在能耗与变速比变化拥有一致发展趋势的情况下，3口井的能耗最低值点依然存在差异。考虑到生产参数的不同，因此需要对相应的变速运行最佳点加以确定，并对3口井的液面深度进行了调整，并以1.1～1.2来控制变速比的变化，对百米吨液耗电值进行了计算，从函数层面确定百米吨液耗电与变速比的关系与规律，从而确定不同动液面深度以及变速比条件下百米吨液耗电的最低值，具体如图2所示。

根据计算结果，在变速运行过程中抽油机井的能耗最低值所对应的变速比一直在1.0以上，然而事实上这一最低值并非一成不变。其依然会受到液面深度的影响。

4 结束语

总而言之，针对抽油机井运行参数的调节与优化，其能耗值主要会受到冲速的影响，在冲速较低的情况下，抽油机井的能耗也处于较低值，这与实际的产能需求显然有着较大的差异。考虑到抽油机井的结构相对特殊，因此需要对抽油机井运行控制模型进行构建，并基于变速优化运行理论，在冲速相同的条件下，对抽油机井的最佳变速比加以确定。在本文研究中，笔者借鉴现相关学者的现场试验结果，对抽油机井变速运行的能耗变化进行了测评，并遵循合理化原则，对抽油机井变速运行参数的调节范围加以确定，同时也提出其变化规律，旨在为实现系统效率的提升提供支持，为达到抽油机井节能降耗目标奠定理论基础。

参考文献：

[1]郑焕军.变速运行优化在抽油机井上的应用[J].石油石化节能，2015（9）：6-7.

[2]魏延富，陈祥光，孙大奎，等.SURF抽油机运行优化控制技术节能测试研究[J].石油石化节能，2012，02（1）：4-5.