游梁式抽油机节能降耗技术现场应用效果分析

摘 要：针对抽油机井能耗高的问题，对孤东油田目前应用的各项节能技术进行了分析及测试评价。不同的节能产品，在不同井况下，其节能效果有很大差别，筛选出节能效果好的进行优化组合。通过评价试验，新区方案设计应以节能抽油机为主，节能型拖动装置为辅，并且匹配要合理；对于供液不足井，应采用调速电机、智能间抽技术。通过节能降耗技术的应用，可有效降低抽油机耗电量。

关健词：抽油机井；节能抽油机；合理匹配

1 前言

游梁式抽油机是石油工业传统的采油方式之一，也是迄今为止在采油工程中占主导地位的人工举升方式。我国目前有9万多口抽油机井，其能耗占油田总能耗的三分之一左右，是主要的耗能设备。所以，搞好抽油机井的节能降耗工作，是降低成本、提高经济效益的必要条件和有效途径。

对游梁式抽油机的节能技术进行了分析，介绍了节能电机、节能箱等技术特点和节能原理，可根据抽油机型号、油井工况、用户要求选取相应的改造方案进行常规抽油机节能改造。改造后的常规抽油机具有平衡率高、节电率高、安全可靠性高、操作简单便捷等优点。

2 目前抽油机井上应用的节能技术

目前抽油机井上应用的节能技术主要是在地面部分，并且主要是针对抽油机的结构及其拖动装置（电机和配电箱）的性能来开展的。抽油机节能技术分为两类：一类是节能抽油机，其原理主要是通过降低减速箱峰值扭矩，使电机功率下降，包括双驴头抽油机、偏轮抽油机、下偏杠铃抽油机、摩擦转向式抽油机和摆杆式抽油机；另一类是对常规抽油机进行节能技术改造。抽油机拖动装置节能技术也分为两类：一类是节能电机，主要有永磁电机、高转矩电机、变频调速电机和一体化拖动装置；另一类是节电箱，主要是控制电机定子绕组Y-转换调压和采用功率因数控制器调压以及无功功率补偿。

2.1节能抽油机

孤东采油厂技术人员对抽油机井在用的节能抽油机的节能效果进行了测试，效果较好的抽油机见表1。

双驴头抽油机节能原理：该机以常规抽油机为基础，对四连杆机构进行了改进，采用变径圆弧状游梁后臂，游梁与横梁间采用柔性连接件等特殊结构。由于变参数四连杆机构的作用，使其扭矩变化接近正弦规律，静扭矩波动较小，从而达到节能的目的。

下偏杠铃抽油机节能原理：下偏杠铃复合抽油机工作时，游梁偏置平衡重心的运动轨迹是一段圆弧，当重心处于游梁回转中心的水平线上时，其重力矩最大；当重心处于回转中心的垂直线时，其重力矩最小。利用这一变矩原理与曲柄平衡共同作用，可有效削减峰值扭矩，改善抽油机曲柄轴净扭矩曲线的形状和大小，使其波动平缓，并且消除负扭矩，减小抽油机的周期载荷波动系数，提高电动机的工作效率。

摩擦换向抽油机节能原理：摩擦换向抽油机工作时，以功率因数 cosφ＝1的开关磁阻电动机为原动机，使用智能模拟及数字混合控制，采用摩擦轮传动作为工作机构，机械传动路线短、效率高，实现了正反转换向，启动换向平稳、冲击小，且冲程、冲次均可独立无级调节，控制抽油杆上行及下行速度，有效地降低了电动机输出扭矩的峰值，再加上直接平衡的作用，最终实现降低电机功率的目的。

2.2节能拖动装置

2.2.1节能电机

目前约70％的抽油机电机平均负载率小于40%，运行效率低于80%，“大马拉小车”现象较为普遍，使配电线路的功率因数降低，配电线路网损增大。造成这一现象的原因为：游梁式抽油机是一个四连杆机构，启动时静载力矩较大，正常工作时驴头悬点载荷是交变的，其负荷特性也是交变的，电机的电流、功率、功率因数随着抽油杆上下冲程的变化而变化。为了克服启动时负载的静载力矩，对于普通的Y系列电机只得加大容量，这就造成了“大马拉小车”。为解决这一问题，应用了高转矩电机、超高转差电机、永磁同步电机、一体化拖动装置等节能技术。各种节能电机节电原理如下：

①高转矩电机是机座为一整体式、内部为独立双定子结构、转子同轴的复式电机。该电机启动时为双电机工作，启动后正常工作时，只用一台单机工作。电机可在外电路控制下，依负载变化而自动停止或启动。

②超高转差电机通过增加转子电阻提高电机的转差率，使电机在重负荷时速度下降，扭矩增加；轻负荷时速度上升，扭矩减小，速度变化范围大于12%。该电机启动电流小，启动扭矩大，装机容量和普通电机相比降低约40%。

③永磁同步电机采用异步启动、同步工作方式，由于转子转速与定子旋转磁场完全同步，无转差损耗，且转子不需外加励磁电源，无励磁损耗，因此具有功率因数高，启动力矩大等特点。

不同的节能产品，在不同工况下，节能效果存在很大差别。对三类6种电机进行了测试评价，结果见表2。

2.2.2节电箱

节电箱节电原理及特性如下：

①电机定子绕组Y-转换技术。主要是通过自动控制实现电机Y-转换，从而提高电机负载率，同时以电流、电压为取样元，作为电机过载、缺相等保护的控制信号，并跟踪反馈，使电机输入功率随负载的变化而同步变化，强制降低电机的有功和无功损耗，从而达到节电的目的。当定子绕组接时，绕组端电压为380V；当定子绕组Y接时，绕组端电压为220V。绕组端电压下降了，相应的负载率就增加了。

②功率因数控制器调压技术。主要是采用单片机实时检测功率因数，自动控制双向可控硅的开启角来调节电机的供电电压，从而达到节电的目的。该技术对负荷的适用范围比较大，使电机既可以全压启动又能降压运行，电机始终在高负荷状态下运行，提高了功率因数。但是在实际应用过程中节电效果不太理想，主要原因是电压的变化速率跟不上电流的变化速率。另外，由于可控硅引起电流产生谐波，受瞬变电势和瞬变电流的影响，引起电机发热和振动，影响了节电效果。

③无功补偿技术。主要是采用加装一定容量的电容器对电网进行无功补偿，消除无功电流以提高功率因数，降低供电变压器负荷，从而降低网损达到节电的目的。目前这种技术应用比较广泛，效也较好。通过在模拟试验井上进行测试对比，筛选出效果较好的配电箱。

3 节能技术在抽油机井上的合理使用

不同的节能技术在一定的条件下都具有节能效果，但并不是将所有的节能技术用在一起，节能效果就最好，而是需要综合考虑节能产品的合理优化组合，才能收到最佳的节能效果，获取最大的经济效益。

3.1新区产能建设中合理选择抽油机井节能产品

同时采用节能型抽油机与节能拖动装置后，在节能拖动装置与节能型抽油机功能互补的情况下，最终节电率小于二者之和；而在二者不能达到功能互补的情况下，最终节电率将低于节能效果最好的设备甚至无节能效果。

偏置机＋高转差电机的效果不如偏置机＋普通电机的效果好，甚至无节能效果。

在模拟试验井上进行了节能抽油机＋节能电机＋节电箱的组合评价试验。试验表明，双驴头抽油机＋节能电机＋调压箱的叠加效果低于双驴头抽油机十YMJ电机＋普通控制箱的节能效果。

综上所述，在新区产能建设中，我们必须合理选择抽油机井节能产品，使之达到合理匹配，才能收到最佳的节能效果，取得最好的经济效益。

3.2供液不足井的节能降耗

在供液不足井上应用抽油机智能间歇节电控制装置，该装置是利用短波吸收原理，自动采集出液管内的气液比，当出液管内的气液比大于75％时整时停机。CJZ-1抽油机智能间歇节电控制装置试验结果见表3。

统计有对比资料的8口井，智能间抽时平均日产油比连续生产时上升0.4t/d，平均日耗电量比连续生产时下降50kW.h。不仅达到了增油降耗的目的，而且解决了因液面抽空造成抽油泵干磨，使检泵周期缩短的问题，使生产管理更具科学性。

4 几点结论

（1）目前应用的节能产品在不同并况下其节能效果有很大的差别，电机的负荷率越低，节能效果越好，反之越差。

（2）新区方案设计应以节能抽油机为主，节能型拖动装置为辅，并且其匹配要合理。

（3）对于供液不足井，宜采用调速电机、智能间抽技术，可以取得较好的节能效果。统计资料显示，智能间抽时平均日产油比连续生产时上升0.4t/d，平均日耗电量比连续生产时下降50kW . h，达到了增油降耗的目的。

参考文献：

[l]王秀芝 董建国 许文会.抽油机井节能潜力分析及节能降耗技术的应用.《内蒙古石油化工》 2009 第3期.

[2]单永平 李振军 李成全.节能降耗技术在抽油机井的应用.《油田节能》 2004 第4期.

[3] 常瑞清 刘建春 李春红 鲁明延. 常规抽油机节能潜力分析.《油气田地面工程》2008年 第2期.省略.