抽油机节能技术的设计与应用

摘要：抽油机是陆上主要的采油设备，在采油机械中占有举足轻重的地位。由于常规游梁式抽油机本身的结构特征，决定了其具有平衡效果差，曲柄轴净扭矩波动大，存在负扭矩、工作效率低和能耗大等缺点。本文从抽油机节能技术设计、实现现有抽油机有效节能的措施包括抽油机的优化、电机优化、参数的优化、设备的优化组合等方面简要介绍了了一些优化和节能的方案，对实现有效节能有一定的借鉴意义。

关键词：抽油机;节能技术;设计;应用

我国油田开采抽油机用量大、耗能高，约占油田总用电量的70%，是影响油田采油成本的重要因素。近20年来，国内大油田及制造企业在抽油机的节能增效上做了各种努力和尝试。市场上先后出现了很多类型的抽油机产品及节能装置，仅试验、应用的各种新型抽油机就有一百多种、数万台。

1.    抽油机节能技术设计

1.1  改造游梁式抽油机

基于常规抽油机结构简单、可靠耐用、操作维修方便等优点，后来，业内企业在游梁抽油机的基础上，改进开发了双驴头、下偏杠铃、弯游梁、偏置式、低矮型等机型抽油机。这些机型既保留了上述优点，又具有节能优势。如何降低常规抽油机的能耗，正成为抽油机节能工作的重点。一是将常规机分批进行节能改造，如改造成双驴头抽油机、下偏杠铃抽油机等。二是给常规抽油机加装节能拖动装置，实施节能改造。三是在抽油机电控柜加装电容器对无功功率进行就地补偿。通过上述措施，均取得了不同程度的节电效果。以上节能措施是一项投入少、见效快的便捷方法。另外，一些油田根据油田实际工况选用多功率电机、双速电机等，也取得了较好的节能效果。

1.2  开发无游梁式抽油机

先后开发的新型抽油机有链条抽油机、皮带抽油机、液压抽油机、塔架式电机正反转的抽油机……这些抽油机都有各自的優点，如平衡效果好、节能、抽油冲程长、重量轻、占地小等。但总的来说，在运转可靠性方面较差。无游梁式抽油机易于实现长冲程、悬点接近匀速直线运动等特点，在粘稠油开采上具有常规抽油机所无法比拟的优越性。在稠油较多油田区块，如辽河油田，“长冲程、低冲次”粘稠油开采，给这类抽油机提供了较大的发挥空间。

目前应用多的无游梁式抽油机主要以塔式皮带机为主。其中，链条宽带抽油机用得最好。经过多年的改进完善，技术上不断成熟、可靠性不断增强。复式永磁电机抽油机，由于其效率和功率因数高，简化了机械传动环节，比普通电机节电35一 57.6%;另一种是试用近六年的曲拉式抽油机，该机型结构简单，钢材用量少，通过优化滑轮位置、优化力的传输实现节能，比普通机节能44.5%。

长环形齿条抽油机。该皮带抽油机采用了链条抽油机“轨迹链条换向结构”核心技术，独创的“长轨形齿条换向结构”，主要目的是以齿条代替链条，以进一步提高可靠性;同时，又进一步缩短传动链，使机械效率有所提高。

1.3  节能型抽油机的使用

结合市场的实际应用需求，节能型抽油机也研发和设计了较多的类型，其中包括：异相曲柄抽油机、渐开线式抽油机、双驴头抽油机等，不同的抽油机类型，其节能效率也存在差异。异相曲柄抽油机是目前油田采油作业中应用较为广泛的抽油机类型，在采油过程中应用自身的结构特点，通过势能效应来减少其在俯冲过程中所产生的能源消耗，提升采油工作效率;渐开线式抽油机是当前机械采油领域较为先进的采油设备，其研发制造过程对国内外先进的采油经验都加以借鉴，并进行了大量先进科学技术的应用，虽然其应用还没有得到全面拓展的，但是根据实际应用情况进行测算，其节能效率能够超过50%;双驴头抽油机是对原有的游梁式抽油机进行的技术改进，其通过增加驴头的方式来减少作业过程中的俯冲次数，以实现节约能量消耗的目的，其降低能耗的效果也比较明显。

2.    实现现有抽油机有效节能的措施

2.1  抽油机优化

常规游梁式抽油机由于其结构上的不合理性，使得常规游梁式抽油机无法解决“大马拉小车”、能耗高的缺点。抽油机的优化首先要对生产井的实际工作状况进行分析，选好机型。如果设备型号及工作参数与油层生产能力和油井条件不相适应，则不能保证抽油机高效率地工作。抽油机的选择可以利用计算选择法，其步骤如下：（1）根据油井的可能最大产量，初步确定泵径、冲程和冲次，并确定需要的下泵深度和抽汲参数。（2）计算悬点最大载荷和减速箱输出扭矩。（3）查阅各型抽油机的技术规范表，选出需要的抽油机型号。（4）初选后，再进行参数配合及抽油机和抽油杆柱的校核，如校核不合格，则调整后重新进行校核。在实际应用中也可以根据经验进行选择，如一般产液量在120-200t/d的油井上选用14型机，产液量在60-120t/d的油井上选用10型机或12型机。

2.2  电机优化

电动机与采油井井况相匹配，进而达到提高电动机的效率和功率因数的目的，合理配置电动机，提高电动机的负载率是提高抽油机井系统效率的有效途径。电动机的合理负载率应在40%一53%之间，当负载率低于40%时，会出现“大马拉小车”的现象，浪费大量电能。这时应更换额定功率比较小的电动机。在更换电机时必须考虑电动机的电流是否过载。要根据实际情况合理选择接线方式。例如超高转差电机，当载荷轻、输入功率较小时，采用低转矩，较高转差率接线模式，载荷较重时，输入功率较大，采用较高转矩，较低转差率接线模式。

2.3  参数优化

抽油机井的参数优化对提高系统效率，降低能耗有明显效果。参数优化首先要与油井的供液能力相适应，同时以能量消耗最低为基本原则，并根据实际情况的不同选择不同调参方案。如对于油比较稠的井，参数选择可以采用大泵，大冲程，低冲次，对于正常井，可以采取适当增加沉没度，减少泵吸入口处的自由气量来提高泵的充满系数。对于连喷带抽的井——具有自喷能力的井，可以选用高冲次快速抽汲。调整抽汲参数的目的就是要保持合理的举升高度，随着举升高度的增加，抽油机井的系统效率也增加，但不是线性关系，达到一定程度将不再上升。因此，为了提高抽油机井的系统效率，就要保持适当的举升高度。实验表明在下泵不超过1100m的情况下，举升高度在400-600m是较为合适的。

2.4  实现管理节能

首先“，量体裁衣”很重要。在选用抽油机时，要根据油井产液量大小、动液面深浅、含水率及原油粘度大小等因素，统筹考虑。小泵、深抽要考虑抽油机额定悬点载荷的满足及用长冲程保证泵效;浅井、大泵要考虑减速器额定扭矩的满足;浅井小泵可考虑采用玻璃钢抽油杆和短冲程高冲次抽油机谐振抽油;原油粘度高、动液面深的油井，需要长冲程、低冲次的抽油机等。其次，细化抽油机管理，依靠管理节能，非常关键。一方面，根据油井实际载荷，选配适合功率的电机，避免“大马拉小车”;另一方面，及时调整抽油机平衡度。在不少新机型上井试验中，这点效果很明显。

3.    结语

总之，单纯在抽油机上节能挖潜，节能不会超过8%。实际上，抽油机节能是一个系统工程，从抽油机本身到配套应用的变压器、低压电路、电控柜、电机、抽油杆、抽油泵等组成的系统中综合节能。同时节能降耗还要看油田内部，必须有有过紧日子的思想，内心要有节能意识，只有多管齐下，优化抽油机设计，优化运行参数，改进管理才能实现有效的节能。

参考文献：

[1]   王常斌.游梁式抽油机运动参数的精确解.石油学报，1998，19（2）：23-26.

[2]   刘俊荣主编.辽河油田开发技术座谈会文集[M].北京：石油工业出版社，2002.

[3]   王鸿勋，张琪等编.采油工艺原理[M].北京：石油工业出版社，1981.

作者简介：

蒋成彬，男，1981年 8月出生，工程师，从事石油装备技术研发工作。