地面采油设备的节能管理优化研究

杨胜勇

摘要：随着能源需求的不断增长和环保意识的提高，对石油行业的节能减排提出了更高要求。因此，围绕地面采油设备的节能技术和管理措施进行深入分析与优化，通过对现有采油设备的类型、运行现状及存在的问题进行全面分析，提出了一系列节能优化措施，包括加大节能技术革新力度、优化设备管理等策略，以此提高设备的能效和运行效率，降低能源消耗，同时确保采油作业的稳定和高效，为石油行业的可持续发展提供支撑。

关键词：地面采油设备；节能管理；节能优化；电控装置

一、前言

随着全球能源需求的增长和环境保护意识的提升，石油行业面临着提高能效和降低环境影响的双重压力。地面采油设备作为石油开采的关键组成部分，其节能管理优化对于整个行业的可持续发展至关重要。本研究旨在深入探索和分析地面采油设备在当前运行中存在的能效问题，并提出有效的优化策略。通过对节能技术革新和设备优化管理的研究，找到减少能耗、提升效率的实用解决方案，旨在为石油行业提供节能降耗的操作指南，同时为全球能源行业的可持续发展贡献力量。

二、地面采油设备分析

（一）地面采油设备

地面采油设备在石油开采中发挥着至关重要的作用，其类型多样，各具特点。在这些设备中，抽油机是最为常见的一种，其主要通过地面传动装置驱动井下泵进行工作，适用于各种油井的开采。抽油泵作为井下关键设备，直接影响采油效率和成本，分为杆式抽油泵、管式抽油泵等类型，根据油井特点和需求进行选择。水力活塞泵作为一种高效的提升设备，通过水力驱动，适用于深井或高黏度油层的开采。此外，潜油电泵以其高效率和适用于深水井的特点，成为深层油井开采的优选。以上设备各自在地面采油作业中扮演着重要角色，合理选择和应用对于提高采油效率、降低成本、实现节能减排具有显著意义[1]。

（二）地面采油设备节能管理现状分析

地面采油设备在节能管理方面存在一些具体问题。当前，许多采油设备运行效率低下，特别是老旧设备，耗能量大，不仅增加成本，还对环境造成负担。例如，抽油机的运行往往未根据实际油井产量进行优化调整，导致能耗过高。在抽油泵的使用中，由于缺乏有效的监测和维护，经常发生非生产性能耗，如漏油、卡泵等现象。水力活塞泵和潜油电泵虽效率较高，但在选型和配置上未能最佳匹配，造成能源浪费。另外，设备的维护和管理方面，由于缺乏系统的能效管理体系，导致设备长期处于非最佳工作状态。在能源管理方面，缺乏全面的能耗监控和分析，难以形成有效的节能措施。因此，针对地面采油设备的节能管理，亟须对现有设备进行技术升级，提高自动化和智能化水平，加强日常维护与监控，优化能源使用结构，从而达到降低能耗，提高经济效益和环境效益的目的。

三、地面采油设备的节能管理优化研究措施

（一）加大节能技术革新力度

1.加大研发新型电机

在地面采油设备节能管理优化的过程中，研发新型电机是关键一环。目前，电机作为采油设备的核心动力源，其效率和性能直接影响整个设备的能耗水平。因此，加大对新型电机的研发力度，将对提高整体采油效率、降低能源消耗发挥显著作用。新型电机的研发需聚焦于提高能效比、降低运行成本、增强环境适应性和延长使用寿命等方面：一是新型电机应采用高效节能的设计。例如，采用高性能的磁材料、优化磁路设计等提高运行效率。此外，应用先进的控制技术，如变频调速技术，可以根据采油设备的实际需要，实现电机的高效运行，减少不必要的能耗。二是新型电机需要具备良好的环境适应性。采油现场环境复杂，电机应能适应高温、高湿、多尘等恶劣环境，确保长期稳定运行。为此，电机的防护等级和散热设计需要得到加强，提高其在恶劣环境下的可靠性。三是电机的维护与管理同样重要。研发的新型电机应易于维护，配备智能监控系统，实时监测电机状态，及时发现并解决问题，降低维护成本，延长电机使用寿命。四是新型电机的研发还应考虑经济性。虽然高效电机的初始投资可能较高，但从长期来看，其节能效果将显著降低运行成本，实现经济效益与环保效益的双赢[2]。

2.引进节能型抽油机

在地面采油设备节能管理优化研究中，引进节能型抽油机是提高能效的关键措施之一。传统抽油机在运行过程中，往往存在能效低下的问题，因此，更新为节能型抽油机将大幅降低能源消耗，提高油田开采效率。节能型抽油机的设计关键在于优化动力系统和传动机构。通过使用高效能电机和精密的变频控制技术，可以实现对抽油机动力的精准调控，从而降低能耗。在传动机构方面，采用先进的减速机构和平衡设计，可以有效减少能量损耗，提高整机运行效率。

此外，节能型抽油机还应采用智能控制系统。通过对油井的实时监控和数据分析，智能控制系统可以根据油井的具体条件调整抽油机的工作参数，如冲次、冲程等，以实现最佳的能效比。这种自适应调节不仅减少了能源消耗，还延长了设备的使用寿命。节能型抽油机的维护也是提升能效的重要方面。采用高耐磨材料和优化的结构设计，可以减少维护频率和维护成本，同时保证设备的长期稳定运行。为了进一步提升节能效果，还可以结合使用其他节能技术，如热能回收系统，将抽油机运行过程中产生的热能回收利用，进一步提高能源利用效率[3]。

3.安装节能电控装置

电控装置的主要功能是通过先进的控制技术和算法，实现对采油设备的高效、精确控制，从而达到节能的目的。节能电控装置的核心在于其智能控制系统。该系统采用先进的传感器和执行器，实时监控设备运行状态和外部环境变化，通过数据分析优化设备运行参数。例如，在抽油机运行中，电控装置可以根据井下流体动态和表面负荷变化，自动调整冲程和冲次，以最佳方式提取石油，减少能耗。此外，节能电控装置还应包含能效监测和故障诊断功能。通过持续监测设备能耗，能够及时发现能效低下或异常消耗的情况，进行故障诊断和预警，不仅有助于及时维护和修复，还能优化设备的维护计划，减少不必要的停机时间，提高设备的整体运行效率。

为了进一步提升节能效果，电控装置还可以与其他节能技术相结合。例如，与变频器配合使用，可以实现更加精细的速度和扭矩控制，降低设备在非最佳工作点的运行时间，进一步降低能耗。在节能电控装置的设计和安装过程中，还需考虑其与现有设备的兼容性和集成性。装置应易于安装和维护，且能够无缝集成至现有的采油系统中，以减少改造成本和时间。

（二）设备优化管理

1.注重采油设备维护与保养

采油设备的维护与保养主要包括定期检查、清洁、润滑、调整和更换易损件等步骤。通过定期检查，可以及时发现设备的异常和隐患，防止因设备故障导致的能源浪费。例如，在抽油机的检查中，应重点关注传动部分和泵的磨损情况，确保各部件正常工作。清洁工作也至关重要，因为油污和灰尘的积累会影响设备的运行效率。定期清洁设备，特别是电机、泵等关键部件，可以有效提高其运行效率和可靠性。润滑是保持设备良好运行的关键。采用适当的润滑油、定期更换或补充润滑油，可以减少磨损，降低能耗。同时，润滑油的选择应符合设备的实际需求，以保证最佳的润滑效果。调整设备以适应运行条件也是提高能效的重要措施。根据油井的实际产量和运行条件，调整抽油机的工作参数，如冲程、冲次等，可以确保设备以最佳状态运行。及时更换易损件和老化部件，如密封件、轴承等，也是保持设备高效运行的必要条件。过度磨损的部件不仅降低设备效率，还可能导致突发故障，增加能源消耗[4]。

2.做好采油设备预防性维修

预防性维修主要依赖于设备状态的持续监控和定期检查。通过安装传感器和实施远程监测系统，可以实时收集设备的温度、振动、压力等运行数据，这些数据对于早期识别潜在的故障和异常至关重要。例如，异常的振动或温升可能预示着轴承损坏或润滑不足，及时检测和处理可以避免更大的故障和损失。定期检查是预防性维修的另一重要组成部分，包括对关键部件的视觉检查、性能测试和必要的调整。检查的频率应根据设备的使用情况和历史维修记录来确定，以确保及时发现并解决问题。数据分析和故障预测也是预防性维修的重要环节。利用收集的数据，结合设备的使用历史和维修记录，可以利用人工智能和机器学习等先进的分析工具和技术，进行故障预测和维修计划的优化，不仅提高了维修工作的效率，还能减少不必要的检查和维护成本。同时，培训和提升技术人员的维修技能也是至关重要的。技术人员应具备相关知识和技能，以准确识别问题和进行有效维修。定期的技能培训和知识更新，可以确保维修团队始终保持在行业最佳实践的水平。此外，维修工作的记录和反馈也是预防性维修策略的一个重要方面。维修记录不仅提供了宝贵的历史数据，对于未来的故障预测和维修计划制定极为重要，还有助于持续改进维修策略和程序。

3.落实好采油设备节能优化

针对采油设备节能情况，采油单位可通过安装先进的传感器和实时远程监控系统，可以实现对设备状态的实时监控。这些系统集成了机器学习和人工智能技术，可以实时分析设备数据，及时发现性能衰减或潜在故障，实现预警和自动调整。例如，智能诊断系统可以根据实时数据调整电动机的负荷，优化能耗。同时为了避免维护团队的专业技能影响到维护工作的质量和效率。应定期为技术人员提供最新的维修技术、故障诊断方法及节能技术的培训，将大大提高团队的操作能力和问题解决效率，做好日常设备维修记录工作，使用企业资源规划（ERP）系统或设备管理软件来跟踪和分析这些数据，可以帮助管理层理解设备故障模式，优化维护计划和策略，从而减少非计划停机时间和提高设备的整体效率[5]。为了减少设备成本，可与设备供应商建立长期合作关系，可以确保在维护和技术支持方面获得快速响应。供应商通常能提供关于设备最佳实践的宝贵信息，包括预防性维护计划、备件管理和技术升级。通过实施以上措施，可以有效地优化采油设备的能效，减少能源消耗，同时提高设备的运行稳定性和生产效率。这些技术性措施不仅有助于节能减排，还能增强设备的可靠性和维护团队的响应能力。

（三）地面采油设备的智能化节能管理

1.PLC智能控制

PLC（可编程逻辑控制器）智能控制系统发挥着至关重要的作用。PLC系统以其高度的可靠性、灵活性和易于编程的特点，在采油设备的节能管理中提供了有效的技术支持。该系统通过实时监测和控制采油设备的运行状态，实现能源使用的优化，从而达到节能降耗的目的。PLC智能控制系统在地面采油设备中的应用通常包括数据采集、状态监控、故障诊断和执行控制等功能。系统能够实时收集油井的运行数据，如流量、压力、温度等参数，通过对这些数据的实时分析，PLC能够对设备状态进行准确的评估，及时发现异常情况，从而实现对采油设备的智能化监控。

在节能管理方面，PLC智能控制系统根据采集到的数据，运用先进的算法对采油设备的运行策略进行优化。例如，通过调整泵速、控制阀门开度等方式，以适应不同的采油条件和需求，确保设备在最佳的状态下运行，减少能源浪费。此外，系统还能够根据油田的具体情况，自动调整设备的运行计划。例如，在电价较低的时段自动增加生产力度，在高峰时段适当减少产量，以此方式达到节能降耗的效果。除此之外，PLC智能控制系统还具备强大的故障诊断与处理能力。系统可以通过对设备运行参数的实时监控，及时发现设备的异常和潜在故障，通过预设的逻辑程序快速做出反应，调整设备运行或及时报警，减少故障对生产的影响，同时避免因设备故障造成的能源浪费。PLC智能控制系统能够提升设备的运行效率和可靠性，还能有效降低能源消耗，实现经济与环保的双重目标。

2.智能监控检测节能管理

通过先进的智能监控检测技术，可以对设备的运行状态进行实时监控，及时发现和调整能耗过高的环节，有效实现节能减排。智能监控技术的核心在于集成传感器、数据处理和通信技术，形成一个全面、高效的监控体系。在智能监控节能管理系统中，传感器的作用至关重要。各种传感器负责收集油田设备的运行数据，包括但不限于温度、压力、流量等多种物理量。这些数据经过实时传输，送至中央处理系统。在这一过程中，数据的准确性和实时性对于后续的分析和决策至关重要。数据处理模块是智能监控系统的另一核心部分。高效的数据处理算法能够对收集到的海量数据进行快速分析和处理，识别出运行中的异常情况或效率不高的环节。通过机器学习和人工智能技术，系统能够从历史数据中学习，不断优化自身的监控和分析能力，从而更精准地预测设备的潜在问题，实现预防性维修，避免能源浪费。

智能通信技术则保障了信息在各个部件间的顺畅传递。在智能监控节能管理系统中，无线通信技术尤为关键，它使得远程监控成为可能，实现了对偏远或危险区域设备的实时监控，减少了人员的直接介入，提高了安全性和效率。通过对智能监控技术的运用，能够实现对设备运行状态的细致调节。系统能够根据监控到的数据，自动调整设备的运行参数，如改变泵速，调节阀门开度等，确保设备在最佳工况下运行，既满足生产需求，又最大限度地减少能源消耗。此外，智能监控系统还可以与企业的其他管理系统集成，形成一个统一的信息平台。通过智能监控检测信息管理平台，管理人员可以获得设备运行的全面视图，包括能耗数据、运行效率、维护记录等，为企业的决策提供有力支持。该集成技术能够有效促进信息的共享，还增强了跨部门的协同工作，提升了整个企业的运行效率。

四、结语

综上所述，通过本研究对地面采油设备的分析，采取技术革新和优化管理，可以显著提升地面采油设备的能效和运行效率。具体措施包括加大对节能型电机和抽油机的研发力度、安装节能电控装置以及实施有效的设备维护和预防性维修策略。这些措施不仅有助于减少能源消耗，还能提高生产效率和设备可靠性，为油田的经济高效开采和环境保护做出了积极贡献。未来，随着技术的进一步发展和应用，地面采油设备的节能管理将继续朝着更高效、更环保的方向发展，为全球能源行业的可持续发展贡献力量。

参考文献

[1]刘佳男，胡金文，汪丹凤.地面采油设备的节能管理与优化探究[J].中国石油和化工标准与质量，2023，43（17）：86-88.

[2]杨虎生，李云云.地面采油设备的节能优化措施[J].化工管理，2020（22）：71-72.

[3]于璟琦.地面采油设备节能优化途径探析[J].石油石化物资采购，2019（29）：55-55.

[4]李静.地面采油设备的节能管理及优化分析[J].化学工程与装备，2019（02）：156+33.

[5]李春祥.地面采油设备的节能管理与优化探讨[J].全面腐蚀控制，2019，33（12）：94-96.

作者单位：新疆油田公司风城油田作业区

■ 责任编辑：王颖振、郑凯津