游梁式抽油机节能控制技术分析

李明浩

（大庆油田装备制造集团采油装备制造分公司抽油机总装厂，黑龙江 大庆 163000）

抽油机是一种较为普遍的石油开采设备，俗称“磕头机”,通过加压的办法使石油出井。在所有抽油机种类中游梁式抽油机属于一种重要类型，而且被广泛应用于石油开采工作中。但是，游梁式抽油机的耗电量相对较高，其用电量超过油田总用电量的40%，提高了石油的采油成本。为了能够降低游梁式抽油机的能量损耗，有效减少能源浪费，同时降低采油成本，采油企业需要对游梁式抽油机节能控制技术进行优化，促进石油行业的发展。

1 游梁式抽油机工作原理和设计思路

1.1 工作原理

虽然游梁式抽油机有多种类型，但是大部分的工作原理和结构都是相似的。游梁式抽油机主要是由动力设备、减速装置、机构件部分和曲柄结构等装置共同组成的。其工作原理主要是通过电动机将动力传递给减速箱中的输入轴，通过减速箱齿轮传动，再由输出轴带动曲柄低速运动。曲柄能够带动游梁后端实现上下摆动，驴头安装在游梁的前端，应用悬绳器能够将抽油杆悬挂在驴头上，将电机的圆周运动转化成抽油杆直线往复运动，对原油进行开采。

1.2 设计思路

在抽油机市场中游梁式抽油机占据主导地位。三相异步电动机是油游梁式抽油机中的主要拖动装置，三相异步电动机具有坚固、结构简单、维修较少、成本较低和，运行可靠等诸多优势，而且也是游梁式抽油机当中的重要装置，被广泛应用于抽油机中。但是，目前由游梁式抽油机在实际工作过程中存在负荷匹配不合理的情况，很多电动机在运行过程中处于轻载状态，所以会造成严重的电能浪费，整体工作效率相对较低。所以需要对游梁式抽油机节能控制技术进行优化，提高抽油机的节能水平。

在抽油机工作过程中，主要针对负载率进行详细分析，了解抽油机的实际运行状态，提高电动机开启过程中的功率，通过对电容器组进行补偿，能够有效实现抽油机电动机的无功补偿，提高游梁式抽油机的节能水平。

2 节能控制装置

2.1 软启动、调压节能型控制装置

这一节能装置更加适合应用荷载性能较大，同时负载性能较轻的抽油机中。这一装置的工作原理主要是通过应用调压节能系统和软启动系统，实现电动机的降压节能。抽油机的功率档次主要包括30kN、60kN、80kN和100kN 等，抽油机由浅入深地开展抽油工作，油井的产液量逐渐降低，使抽油机的负荷也随之降低，抽油机的负载率通常都在20%～30%，最高可以达到50%，此时会出现荷载过低的情况。如果游梁式抽油机中的电动机一直处于轻载状态，那么电动机的工作效率和工作因素都相对较低，但是如果对电动机定子电压进行调节，使其与电动机的负载率相符合，能够使电动机中的电流降低，从而有效减少电动机中的无功功率，也能够减少不必要的能耗，从而使电动机的运行效率得到提升，有效实现节能目的。

2.2 变频节能调速装置

这一装置在实际应用过程中，能够使抽油泵的排量进行有效控制和调节，使其与油井的渗透能力相符合，同时也能够对游梁式抽油机的电动机转速进行调整。变频节能调速装置最主要优势就是可以对抽油机经进行便捷调参。但是，如果进行变频改造工作，则无法对控制工作进行优化，不能对抽油机到发电的状态进行缓解和改善，也不能对冲击电流问题进行优化。

2.3 超高转差率多速节能电动机拖动装置

这一装置的应用最主要的目的就是对游梁式抽油机中拖动装置安装容量较大的问题进行有效缓解。由于游梁式抽油机具有独特的运行需求，所以其中拖动装置必须对最大允许挂重、最大冲次和最大冲程等要求进行满足，还需要设置数量充足的堵转转矩，以此对抽油机启动过程中的静态不平衡问题进行有效解决。这一装置的特点在实际应用过程中能够有效降低抽油机悬浮点的最大负荷，抽油泵的上升速度相对降低，减小抽油杆的弹性形变情况，大幅度增加抽油泵的填充系数，提高吸液量，增加冲次油量，从而有效减少抽油机对电能的消耗。将这一装置应用于游梁式抽油机中，具有一定的软机械性能，能够对抽油机中悬点负荷不均匀的情况进行改善，也能够有效降低抽油机在启动过程中对传动系统和结构件所造成的冲击，能够大幅度延长抽油机的使用寿命，也能够节约设备的维修成本。

3 游梁式抽油机节能控制技术

3.1 电动机节能

在游梁式抽油机中，电动机最主要的节能方法就是提高负荷率。具体方法主要包括以下几方面：第一，通过人为的方法对电动机的机械性能进行改变，首先电动机中符合性能的柔性配合，对电动机的电源频率进行优化，以此来提高系统的整体运行效率，使电动机实现有效节能。第二，在对电动机进行设计过程中，改变电动机内部的机械特性，使抽油机与电动机之间相互协调，共同工作，优化系统的运行质量。第三，在电动机运行过程中提高电动机的功率因数和负荷率，以此对节能工作进行优化。目前常见的节能电机主要包括电磁调速电机、变频调速电动机和超高传差电动机等。这对超高转差电动机进行应用过程中，应该优化和完善抽油机系统，以此尽可能地实现节能目标。经过相关研究和实践表明，将变几何形状抽油机和前置式抽油机与超高转差率电动机进行有效融合，能够提高节能效果。除此以外，节能电动机还包括双功率电动机、电磁滑差电动机、绕线式异步电动机和稀土永磁同步电动机等，所以想要实现游梁式抽油机电动机节能，是一项极其困难且复杂的工作，在对方案进行选择过程中，需要从多方面进行综合考虑，包括成本的投入、电动机的效率和系统的实际情况等。

（1）超高转差率电动机。我国在20 世纪80 年代开始对这一类型电动机进行研究。机械特性软是这种电动机最主要的特点，如果遇到换向冲击荷载，能够使转速下降，同时通过曲柄惯性的作用，使电动机和减速器逐渐平缓，对抽油机、抽油杆和抽油泵之间的配合进行优化，能够使产液量大幅度提升，从而达到节能的目的。

（2）电磁滑差电动机。在20 世纪90 年代，胜利油田对这一电动机进行研发。这一电动机实际是在传统的电动机上增加了电磁离合器。电磁离合器中的电流变化能够对传递矩扭造成影响，在冲击荷载过程中，如果离合器滑差大幅度增加，那么，电动机也不会出现发热的情况，可以实现空载启动。这一电动机在实际应用过程中，能够与系统之间实现有效配合。但是节能效率相对较低，只能够降低抽油泵和抽油杆发生故障的概率，可以延长设备的使用寿命。在实际应用过程中这一系统具有较高的成本。

（3）稀土永磁同步电动机。在20 世纪90 年代，我国大庆油田学院开展了对这一电动机的研究和实验，获得了良好的效果。这一电动机在实际应用过程中主要包括启动鼠笼、磁钢和稀土材料等内容。这一电动机在应用过程中与传统的异步电动机相比，具有更低的转子损耗。所以，与普通电动机相比，这一电动机的应用效率也相对较高，在运行过程中具有较强的机械特性，所以不能改变抽油机、抽油泵和抽油杆的配合，无法起到良好的技能效果。如果在功率相同的情况下，稀土永磁电动机的应用成本要远高于传统电动机。

（4）变频调速电动机。这一电动机主要就是在传统的电动机中加入变频器，能够使电动机的容量大幅度降低，提高了电动机的负荷率，由于变频器的功率因数近似于1，而且能够改变上下冲程的速比，对抽油系统之间的配合进行优化。这一电动机的应用能够有效实现节能的目的。其中存在的不足主要是无法对发电时间进行有效反馈，只有通过电阻才能够放掉发电量，而且在应用过程中如果一次投入量较大，那么会提高现场的管理难度，使电动机的附加损耗得到提升。而且可以通过电控制相对电动机电源设备进行有效调节，主要可以采用相位调节和整数拨通断调节，使电动机和电压之间的比例维持稳定。通过对换向电源的电压进行调整，能够改变电动机的转速，提高系统之间的配合效率，实现有效节能。

（5）双功率电动机。与传统电动机相比，这一机电动机的电子绕组发生了改变。例如，原本的电动机为37kW，现在定子绕组变为15kW 和22kW。通过电流检测电路能够对绕组进行有效切换，在实际应用过程中，将2 个绕组分别投入，能够减小总电流。在电动机实际应用过程中，如果负荷率在60%以下，可以应用22kW 绕组，如果负荷率在40%以下，可以应用15kW 绕组。如果负荷率较大时，可以将两种绕组共同应用，因此来有效实现节能目标。

3.2 抽油机节能

目前，我国在游梁式抽油机发展和应用方面逐渐得到了优化和提升，抽油机技术主要包括智能化、精确平衡、自动化、低冲次、长冲程和节能等诸多方面。同时，也对新型节能抽油机进行优化和研究，主要包括前置式抽油机、异相型抽油机、智能抽油机、大圈式抽油机、自动化抽油机、液压缸式抽油机、低矮型出油机等。同时也对抽油机的节能部件进行分析和研究，例如，电动机节能控制柜、齿形胶带和，超高转差率电动机等。目前，我国抽油机种类相对较多，主要包括前置式、常规式、链条式和偏置式等，能够对各种工作状况和各种工作需求进行满足。我国目前针对游梁式抽油机的减速箱和皮带进行深入研究，以此来提高抽油机的使用效率。

3.3 抽油杆节能

在对游梁式抽油机进行优化过程中，将新型的处理工艺和新型的材料应用其中，对抽油杆工艺进行优化和创新。我国出现了多种关于抽油杆的新型开发和应用，抽油杆的发展能够使抽油机的运行效率得到有效提升。新型的技术和材料能够推动抽油杆的发展，从而出现更多形式和更多种类的抽油杆，从而使抽油杆的经济性和适应性得到提升，也使抽油杆的运行更加可靠。同时，也逐渐出现了连续油管和连续抽油杆。在国际上也出现了钢带式超长冲程抽油机，对于抽油机主要对钢带抽油杆进行应用，将抽油杆缠绕到地面抽油机滚筒中。另一端对结构较为特殊的抽油泵活塞进行连接。通过这一方法能够使冲程得到大幅度增加，也能够增加采油效率，同时提升系统效率。

除此以外，滚轮接箍方法能够减少抽油杆的损失，这些方法主要是对传统的抽油杆进行适当的改进和创新，将滚轮装在不同方位上。在抽油杆弯曲过程中，滚轮能够与油管进行接触，从而使原本的滑动摩擦转变为滚动摩擦，有效降低损失。

4 结语

总体而言，游梁式抽油机目前被广泛应用于石油开采中，但是，在实际应用过程中存在能耗高、效率低的情况。要想对这些问题进行有效解决，就需要从多方面进行充分考虑，对抽油机运行和应用过程中存在的问题进行分析，了解其中的不足，同时提出有针对性的解决策略。本文针对游梁式抽油机的工作原理和设计思路进行分析，同时也对一些控制节能装置进行考虑，将这些装置应用于游梁式抽油机中，能够有效减少能源消耗，也能够提高工作效率。除此以外，本文还提出了一些游梁式抽油机节能控制技术，主要包括电动机节能、抽油机节能和抽油杆节能，以此来提高抽油机的工作效率，也能够实现有效节能。