探讨抽油机的节能技术

摘 要：节能生产是保护环境及提高经济效益的重要途径，随着我国对石油能源需求量的不断增加，有效降低抽油机能耗已经成为提高石油开采率及油田企业经济效益的重要途径，因此要在充分了解油田地质状况及抽油机运行状态后，采用科学的节能技术对抽油机进行改造。本文对影响抽油机实现节能生产的因素进行了分析，并在此基础上详细探讨了几种常见的抽油机节能技术，包括对电动机进行变频节能改造，气锚及电容补偿柜节能技术，应用大传动比油田抽油机及智能化空抽控制装置。

关键词：抽油机 油田 节能技术

在开采石油资源的过程中需要使用到大量的专业设备，其中抽油机是一种不可或缺的设备[1]。抽油机高耗能问题是阻碍抽油效率及油田开采水平实现进一步提高的重要原因，因此要重视运用合理的节能技术对抽油机进行优化。本文结合笔者的实践工作经验对与抽油机节能技术相关的问题进行了分析，旨在降低抽油机能耗及提高抽油效率。

一、影响抽油机实现节能生产的因素

在利用抽油机抽取石油时普遍存在能耗较高的问题，就目前的情况来看导致抽油机能耗高及阻碍节能生产得以实现的因素主要包括以下三种：（1）耗能较大，但生产效率不高。在采油时应用抽油机的目的是为油层补充能量，保证可以顺利举升原油及确保原油达到井口。目前新疆地区的抽油机井在石油钻井中所占的比例已超过70%，笔者发现利用抽油机采收原油时，钻井现场的耗电量将会增加1/4，能耗巨大；但由于抽油机的结构较为特殊，在传递能量时约有70%的电能会被损耗掉，实际抽油时可以利用的能量较少[2]。（2）空抽问题普遍存在。在选择抽油泵时通常将抽取量的最大值作为依据，并在此基础上留下设计余量；抽取原油时，油储量会不断变少，且油面也会随着储量的减少而下降，因此抽油泵实际的充满度会逐渐不足，并由此导致空抽现象的发生；空抽出现后会造成电能被严重浪费。（3）设备老化，新度系数偏低。如抽油机当中的设备老化现象严重，且各个部件之间严重磨损，则不但会引起耗能高的问题，还容易造成安全事故。

二、抽油机的节能技术分析

1.对电动机进行变频节能改造

电动机是抽油机当中的重要组成部分，由于电动机的能耗量较大，因此可以采用变频技术对电动机进行改造，从而实现节能的目的。在设计变频式电动机时，应从电磁设计与结构设计入手：（1）电磁设计。优化电磁设计的主要目的在于提高电动机适应非正弦波供电电源的能力，设计方式如下：首先，应尽量将电动机转子电阻及定子电阻减小，以便能够使基波铜耗率得以降低。其次，根据电动机实际运行情况适当增加电感，以便可以有效减少电流高次谐波的产生，同时确保漏抗大小与电动机调速阻抗范围相匹配。第三，采用不饱和设计的方法改造主磁路，避免在高次谐波出现的情况下导致磁路饱和度过大[3]。（2）结构设计。在设计变频式电动机的过程中应注意减少冷却、振动等所产生的能耗，首先，可以利用独立电动机驱动散热风扇，从而起到强迫冷却的效果；其次，应在保证电动机整体刚性及构件刚性的基础上，尽量提升电动机工作频率，以便可以减少共振现象及降低噪声；第三，如电动机的容量在160KW以上，则可在轴承上安装适合的绝缘构件，以避免因轴电流过大而导致轴承受损；如电动机具有恒定的功率，且转速在3000/min以上，则可将脂涂于轴承表面，以避免轴承温度过高及减少磨损。此外，应注意对电动机线匝的绝缘强度进行优化，使电动机的对地绝缘强度可以达到F级以上。

新疆某油田采用以上变频技术对电动机进行改造后，使电动机的转速得以降低，同时有效延长了完成一个冲程所需的时间，节电量为15%～35%。此外，由于变频式电动机可以根据冲程提升及下降实际情况对自身的转速进行调整，因此可以确保快速提升及慢速下放油杆，如此一来不但可以节省电能，同时还能够在抽油过程中对油水比例进行有效调整。现场实测后发现变频式抽油机井的产油量比工频运行式抽油机井的产量高30%左右。

2.气锚及电容补偿柜节能技术

气锚的作用是减少泵筒中进入的气体，使泵的充满度得以提高，从而为抽油机系统效率及泵效的改善提供保障[4]。为了提高气锚分离油气的能力，则可以通过调整杯数对气锚中液孔流出的液量进行控制，以便为液体与气体的分离提供充足的时间。另外，应根据油层实际情况对进液孔的直径进行精确的计算，以保证气锚当中的气、液流量比得到有效控制，从而有效提高泵效。在新疆某油田中利用以上技术对气锚装置进行了优化，经节能改造后，抽油机系统效率约提高了5.5%左右，泵效则提高了10%～20%。此外，吨位百米的电能损耗由1.18kW・h降低至0.87kW・h。

除了对气锚进行节能改造之外，还可以通过设置电容无功补偿控制柜来实现节能。目前我国常见的控制柜主要分为两种，即动态控制柜与静态控制柜。静态控制柜具有结构简单的优点，只需要将一组电容器并联在电动机的输入端即可；在安装动态控制柜时，不但需要将电容器并联到电动机当中，同时还要安装微处理器，以便能够根据电动机负载变化情况对电容进行有效调整。目前新疆油田采用的控制柜主要为静态控制柜，实践证明采用静态控制柜之后，电动机的功率因数及供电质量均得到了显著性提高。

3.大传动比油田抽油机及智能化空抽控制装置的应用

目前新疆油田中低产井每天的产液量为2t～4t，空抽现象较为严重，为了减少空抽及降低能耗，则可以在油田中应用传动比较大的抽油机或智能化空抽控制装置。大传动比型油田抽油机采用的减速器为三级传动，而常规抽油机一般为二级传动；相对于二级传动来说，三级传动能够使减速装置的传动比得以增大，因此可以有效减少冲程。大传动比型抽油机的一般冲程为2次/min。在新疆油田中应用此类抽油机后，系统平均效率由原来的11.24%提高到了25.18%。目前HNW2800-FD空抽控制器在我国油田中应用的频率较高，HNW2800-FD控制器能够对抽油机抽油时的相位角、电压及电力进行检测，并可以根据检测结果计算出无功功率及有功功率。另外，当抽油机的下行电流或上行电流发生变化时，控制器可以根据卸载及加载过程描述加载及卸载与电流之间的变化曲线。当得到变化曲线时，便可以对电流或抽油机运行状态进行调整，以减少电能损耗。在新疆油田某抽油机井安装HNW2800-FD控制器之后，该油井的动液面波动频率显著减少，机井产液量逐渐趋于平稳，大幅度缩短了生产周期，且有效降低了电能损耗，可减少约45%的用电量。

结束语

综上所述，抽油机具有耗能高的特征，为了能够降低抽油机的能耗及实现节能，则应注意利用多种节能技术对抽油机进行改造，并注意采用科学的方法管理抽油机，对冲程进行合理设计，以便可以有效减少无效做功。此外，还应根据油井的实际储量及地质条件优化选择电动机，从而使电动机产生的能耗得以减少。

参考文献：

[1]冉卫东.葡萄花油田抽油机用节能电动机评价及适应性探讨[J].石油石化节能，2012，（4）：35-36.

[2]滕明燕，孙文磊，何连英，张冬芹.虚拟装配技术在节能抽油机设计中的应用研究[J].机床与液压，2011，39（9）：126-128.

[3]龙文第.对于抽油机节能的电控装置及其节能原理的探讨[J].中国化工贸易，2013，（8）：94.

[4]丁代淑.石西油田双驴头游梁平衡前置型抽油机节能机理和节能方法研究[J].中国石油和化工标准与质量，2012，33（15）：51.

作者简介：张伟（1985）男，苗族，四川秀山人，助理工程师，主要从事采油厂生产管理现场工作。