抽油机节能降耗技术研究

邓小茹 兰芳 傅建军

摘 要：在石油开采过程中，能耗巨大。随着石油深度开采，节能开采是发展趋势，而抽油机作为主要能耗设备之一，是影响能耗的关键设备。文章对抽油机能耗进行分析，提出可通过采取节能措施以及改进抽油机设备来实现抽油机的节能降耗。

关键词：抽油机设备;节能降耗;油田采油

引言：

现阶段，石油生产企业的规模不断扩大，石油开采水平不断提高，但就现有情况来看，在石油开采过程中，能耗仍十分严重。抽油机作为关键能耗设备，对其采取相应节能措施，以有效解决抽油机能耗问题，进而降低成本投入，提高收益。

1.抽油机能耗分析

1.1抽油机能耗

抽油机是整个石油开采过程中最重要的设备，其主要作用是把电能转化为动能，通过抽油杆和抽油泵，把井底原油提升到地面。而抽油机在工作的同时，也会产生较多能量消耗，实际能耗量是按照提升原油消耗的能量与过程中损失能量之和来进行计算。提升原油消耗的能量在消耗总能量中所占的比例就是油田抽油机的有效功率。开展节能降耗工作就是要提高抽油机的有效功率，减少功率损失，进而实现节能降耗的工作目标。

1.2抽油机能耗的影响因素

在抽油机工作过程中，影响抽油机能耗的因素有很多，大致可分为井下能耗和地面能耗两方面。导致井下能耗的因素主要包含杆管偏磨、摩阻以及冲程损失等;导致地面能耗的因素主要包含抽油机、减速箱以及电动机等相关设备的能耗。伴随着石油的不断开发，油井情况也发生了一些变化，此外，抽油机井平衡率也在变化。平衡率对抽油机的工作效率產生重要影响，提高抽油机平衡率，可以保证抽油机的稳定运行，还能够起到节能降耗的作用。

与此同时，抽油机的相关配套设施也对能耗产生较大影响。抽油机电机是利用无功就地补偿的方法，当出现无功补偿电容器被击穿或是配电箱箱体损坏等不良状况，就会造成抽油机电机不能得到相应补偿，进而导致电机工作效率明显下降，产生较大能耗。此外，也会使抽油机系统产生一定能耗。总之，只有让抽油机实现科学的平衡率及运行指标，才可以有效减少能耗损失[1]。

2.抽油机节能降耗技术研究

抽油机的节能降耗技术可分为两方面内容，一方面是通过采取一定措施进行节能降耗，另一方面则是改进抽油机设备达到更加节能。

2.1节能抽油机

在抽油机的使用过程中，常见的节能抽油机主要包括三种：摩擦换向抽油机、双驴头抽油机以及下偏平衡抽油机。以下将就这三种节能抽油机进行简单介绍。摩擦换向抽油机是采用开关磁阻电动机进行工作，这种电机是利用智能模拟及数字的共同控制，通过摩擦轮来进行传动。由于此装置有着许多优点，比如冲击小、换向稳定以及无级调冲次、冲程等优势，因此可以使电机输入峰值扭矩得到较大降低，从而实现电机的节能降耗;双驴头抽油机则是基于普通抽油机来优化四连杆结构，采用变径圆弧状的游梁后臂，横梁与游梁间使用柔性连接件。利用四连杆控制电机扭矩按照正弦波动，由于静扭矩波动极小，因此可以促进电机实现节能降耗;对于下偏平衡抽油机而言，游梁偏置平衡重心的运动轨迹呈圆弧形，当重心位于回转中心水平线上时力矩最大，处于回转中心垂直线上时力矩最小。有效运用此原理能够改变峰值扭矩，降低电机扭矩波动，最终提升电机的效率。通过测试数据可知，上述三种抽油机节电率相差不大，因此，可结合实际情况来选择适合的抽油机类型，通过节能降耗进行低效开采。

2.2节能电机

在抽油机工作时，总是发生电机低负载率的问题，造成电机运行效率偏低，并损坏配电线路。针对这一问题，提出的解决方案就是利用高转矩电机、永磁同步电机以及超高转差电机等技术，以实现节能降耗。高转矩电机内部是采用双定子结构，且转子同轴。当电机启动时双电机均开始工作，而运行时只需要一台电机，进而实现电机的节能。永磁同步电机是以同步工作、异步启动的方式进行工作。定子旋转磁场和转子转速达到同步，因此，不会产生能量消耗，同时转子不用励磁，所以也不会有励磁损失。总之，永磁同步电机的运行效率极高，完全能够使电机实现节能。超高转差电机则是采用增大转子电阻的方法来提升转差率，此外，还能降低电机在高负荷状态下的运行速度，增加扭矩。超高转差电机和永磁同步电机的节电率比高转矩电机的节电率要高一些，充分利用这两种电机能够达到节能最大化。

2.3节能降耗的措施

2.3.1抽油机正确安装和运行

当抽油机工作时，应保证井口和驴头对中，假若不能使其对中就会造成盘根和光杆间的摩擦力变大，进而导致功率损失。抽油机设备主要包括变压器与电动机，在变压器的低压侧或是低压侧安设集中补偿装置，从而提高有效功率，降低无效功率。由于并未提升传输线路和电动机的有效功率，便要求在电动机上安设无功补偿装置，进而提升有效功率，达到节能的目的。当抽油机处于运行状态时，增加提升高度会提高有效功率，提升到一定高度后，有效功率就不再增加，基于此，调试抽汲参数，进而提升抽油机的有用功率，实现节能的目的。

2.3.2降低皮带传动损失

传动皮带是抽油机的重要组成部分之一，能够对抽油机的运行效果产生重要影响。长期使用的传动皮带会因出现问题而影响抽油机的运行效果。因此，为了有效改进这一情况，需要换为窄型V带，确保抽油机皮带大小轮保持四点一线。这样做不但可以减少皮带传动损失，也可以确保皮带松紧度[2]。

3.改造抽油机结构

3.1机械结构改造

异相梁式抽油机是通过改造抽油机的机械结构来增加平衡的设备，这种抽油机的支架与变速箱是偏离的，平衡块中心线和曲柄中心线有一个相位角，使得冲程载荷及其加速度得到降低，齿轮箱峰值扭矩得到减小，进而降低能耗。异相梁式抽油机有很多类型，其中节能功率最大的就是双驴头抽油机，节能可达到30%，因此，许多油田都在采用这种抽油机来进行油井开采工作[3]。

3.2增加控制装置

游梁式抽油机是利用驱动光杆作往复运动来完成原油提升工作，光杆载荷包括摩擦载荷、原油与抽油杆的重力以及液柱载荷等，通过降低载荷就可以减少能耗，从而提升抽油机的有用功率。可应用减载器来降低载荷。减载器在下冲程时利用抽油杆自身的重量实现向下运动，上冲程时利用液柱压差驱动抽油杆往上运动，进而有效减少负荷，降低能耗。

3.3调节生产参数

调节梁式抽油机的生产参数也可以降低能量损耗。在石油的开采过程中，可通过增加冲次的方式来提升开采效率，但后期油井开采耗电量非常大，成本提高。基于此，可使用双脉冲宽度调制型变频设备来调节冲次，从而实现节能降耗。在抽油机处于平衡状态时，既能够提升生产效率，还能够进行稳定生产。但如果没有使抽油机保持平衡状态，则会产生较多无用功，如噪声。在生产过程中，可参考上、下冲程的峰值扭矩或是上下冲程电流，进而促使抽油机时刻处于平衡状态，降低能量消耗。

3.4利用人工智能

大数据时代下，语音识别功能已随处可见。如果能够通过人工智能软件实时监控，进行抽油机运行参数调节，设置可以达到最佳有用功率的生产参数，就能有效减少能耗问题，从而使每吨百米的提液能耗减低。人工智能将为石油开采工作提供新方向。

结论：抽油机系统对石油开采过程的能耗产生直接影响，如果在油井开采过程中，能够对抽油机的结构进行改造，再配套节能装置和采取一些节能措施，就能够在很大程度上减少抽油机的能耗，降低开采成本，提高原油开采效益，同时，也能推动机采提效的进一步发展。

参考文献：

[1]王卓. 抽油机节能降耗技术探究[J]. 化学工程与装备，2019，（06）： 100-101.

[2]肖河. 抽油机节能降耗技术措施分析[J]. 石化技术，2019，26（02）：152.

[3]董传举. 油田抽油机节能降耗技术[J]. 化学工程与装备，2020，（09）： 129-130+126.