探讨抽油机采油系统节能技术

摘 要：抽油机作为一种广泛应用的原油生产工具，在运作过程中耗电量极大。因此，如何保证抽油机采油系统在运作时低能高效逐渐成为了人们关注的目标。本文结合抽油机的实际应用情况，探讨一下节能技术在抽油机采油系统中的应用，并对研发出的新型节能设备做简单介绍。

关键词：抽油机；节能技术；研发；应用

前言

机采石油主要分为电泵、螺杆泵和抽油机三种采油方式。其中有七成以上的采油井采用抽油机来进行采油作业，而这些抽油机的耗电量可以达到油田耗电总量的40%，耗能巨大。随着石油开采的高消耗在得到人们的广泛关注以后，对抽油机采油系统节能技术的研究也成为了当前石油开采项目的研究内容之一。许多先进的抽油机节能技术逐渐被研发并投入到使用当中，也取得了一些技术成果。

1.抽油机节能技术的研究

抽油机节能技术的关键是保证机器在工作过程中采出液可以始终保持供采平衡，同时保证电机输出的功率可以和抽油机的负荷比配。据此，对于抽油机节能技术的研究主要围绕两个方案进行，分别是变频调速确保节能控制自动化和通过机械调节方式确保节能控制。

首先是变频调速确保节能控制自动化方案。由于使用过程中的抽油机不便于结构改造，因此选择在采油系统中安装节能控制箱来确保节能开采的实现。这种控制器主要通过采集井下叶面值、输出功率和电机转矩等实现闭环控制，其中这三个数值分别为外环、中环和内环。外环控制系统控制井下液面，可以从宏观上调控油井的工作间隙和电机运转的平均速度，这种控制以小时来进行计算。中环控制系统控制输出功率，按分钟计算来进行控制，以保证泵体的充满。最后，内环控制电机转矩，以秒计算，保证抽油杆可以合理受力，同时确保驱动电源的电压不会过高。在这种节能技术的研发过程中，智能控制单元的设计成为技术难点。想要解决这一问题，首先需要研发适合的系统软件，同时还需要有丰富的理论和实践经验并通过现场反复实验才有可能突破。

其次是通过机械调节方式确保节能控制的方案。这种调节方式一种是根据力学原理等一些理论知识，对现有的抽油机进行优化和改良，以减少它在使用过程中能源的耗损，这一点在下文以游梁式抽油机为例来说明。另一种是采用无级变速器以智能的方式达到节能控制，传统的抽油机它的工作始终按照设定参数来进行，而这种智能控制方式可以根据交变载荷和电机功率的变化，让抽油机可以根据实际情况来作工作参数的调节，从而降低抽油机在使用过程中的能源消耗。

2.抽油机节能技术的应用

游梁式抽油机是现阶段应用最为广泛的油田抽油机，也是油田中最主要的电能消耗设备，这种抽油机能量消耗高主要是由交流电机的内在特性所决定的，当抽油机运作时，短时间内悬点的负荷就会增大，电机的实际功率跟踪会加快，导致抽油机实际的出力多，但并没有完全用作举升，而是在机械的内应力中被消耗。此外，当油田下的供液能力有变化时，抽油机还按照原有参数来工作也是这种抽油机耗能高的原因之一。因此，对游梁式抽油机进行节能优化主要从一下三个方面着手。首先，改变传统游梁式抽油机的机体机构，设计并制造出新型机体。其次，提高抽油机的电动机负荷率。第三，改变传统电动机的特性，将机械化改造成节能化，以保证它与负荷特性的配合。

2.1节能抽油机的研发

在传统游梁式抽油机的基础之上，结合新型的节能技术研制出的一系列抽油机都有着比较明显的节能效果。

双头驴游梁抽油机。这种抽油机有两种样式，其中前置型的双驴头抽油机可以有效的把扭矩的波动降低，从而缓解因平衡问题所造成的传统抽油机的过度耗能，其工作原理是将变矩技术应用于传统的抽油机身上，让悬挂平衡重与偏置平衡重共同为平衡起作用，从而解决传统游梁抽油机的平衡问题，达到节能的目的。而另一种异形双驴头抽油机，其设计特点是把第二个驴头安装在了游梁的后臂上方，以驱动绳代替连杆。这种设计方式使得游梁和连杆的连接变得柔性化，当抽油机进行工作的时候，曲柄转角使游梁后臂长度发生变化，从而让曲柄净扭矩降低，最终达到降低耗能，提高机器效率的目的。

调径变矩型抽油机。传统游梁抽油机的游梁多是直梁，而这种节能抽油机的游梁则为弯游梁，它让曲柄平衡成为了游梁平衡，组成弯游梁的吊臂的截面是一种渐变截面，上大下小，有效的减小了风的阻力。同时，吊臂下端的平衡重可以调整下置的幅度，保证平衡效果，这些都有利于抽油机在才有过程中能源消耗的降低。

异相曲柄型抽油机。这种抽油机在设计时把游梁后臂长度进行了缩短。这相当于把减速箱的位置后移，从而使得轴承中心到曲柄中心的水平距离和游梁后臂长度差成为了曲柄的半径值。这种抽油机在运作时游梁和曲柄同在水平位置，偏置角为曲柄和平衡重两者中心线的夹角。这种抽油机的节能原理是让曲柄净扭矩的波动变小，从而使电动机的电流波动也变小，相对应的系统效率就会得到提高，从而保证机器的节能操作。

2.2节能电动机的使用

传统游梁抽油机所使用的电动机的性能和抽油机自身的负荷不相匹配，从而造成了设备工作效率低、耗能高，因此，想要节能降耗也可以采用先进技术让抽油系统中的电动机与抽油机负荷相匹配，基于这个目的所研发出来的电动机充分考虑了设备的节能目的，在实际的应用中都有较好的节能效果。

以双定子电动机为例。这种电动机内部设有双定子，抽油机在运转的开始阶段需要的起动力矩很大，两部分的定子被串入到电动机之后，可以有效的增加电动机的输出力矩。在保证机器运转起来以后，可以切断其中一部分定子，这样既可以保证抽油机的正常运行，同时也降低了能源的消耗。但是由于这类电动机生产的成本较高，因此没有得到广泛的使用，还需要我们做进一步的研究。

3.小结

综上所述，对于抽油机采油系统的节能研究现阶段已经取得了一些成果。除了能通过合理的平衡保持降低耗能以外，还应该加大其它方向的研究力度，特别对是智能化节能控制技术的研发，相信它将会是未来我国抽油机节能控制技术研究的最终方向，

参考文献：

[1]王晓，严锦，李滨城.游梁式抽油机运动分析及动态静力分析[J].科技创新导报，2010（35）

[2]蒋仕民.游梁式抽油机节能技术在河南油田的应用分析[J].石油天然气学报，2010（04）

[3]刘晨，赵万春.常规抽油机节能潜力分析及对策[J].石油和化工设备，2011（06）