抽油机节能范文

抽油机节能篇1

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）

抽油机节能篇2

关键词 抽油机井；能耗；节能措施；合理匹配

中图分类号：TE933 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）16-0147-02

1 目前石油工程中抽油机井常用的节能技术

石油工程中石油生产的过程主要集中在地下和地上两个部分，目前常用的节能方法主要集中在地上部分，节能的实践方向也是在抽油机的结构、拖动装置性能等部分。根据石油工程开发的不同阶段，抽油机节能可分为两类，一类是节能抽油机的选择，另一类是对常规抽油机进行改造。抽油机拖动装置的节能技术同样分为两类，一类是节能电机，另一类是节能电箱。

1）节能抽油机。目前抽油机井常用的节能抽油机类型主要有三种，分别为：双驴头抽油机、下偏杠铃抽油机、摩擦换向抽油机，其节能原理与节电性能见表1。

2）节能拖动装置。目前常用的抽油机电机运行效率普遍低于80%，造成这一问题的原因主要是梁式抽油机驴头悬点载荷是交变的，造成电机的电流、功率、功率因数都会变动。为改变这种现状，在实际作业中，通常会采用高转矩电机、超高转差电机、永磁同步电机、一体化拖动装置等来实现节能降耗的目标，其节能效果如表2。

2 抽油机井的节能潜力分析

1） 从抽油机井节能降耗的影响因素来分析，其影响因素很多，主要集中在井下和地面，目前我们相对较易实现节能降耗的部分为地面部分。在地面部分，节能研究的方向应在抽油机上，这一部分是石油功能节能降耗的敏感影响因素，比如抽油机类型的选择、电动机类型的选择和配置等。井下部分同样具有节能的影响因素，比如管、杆柱组合、泵深、运行磨阻、原油粘度、地层供液能力等，但相对于地面，这部分实现节能降耗还需很长的路要走。正确把握抽油机井节能的影响因素有助于更好的挖掘和开发其节能潜力。

2）从抽油机井的平衡方式来分析，抽油机井的平衡方式会随着作业的进行儿发生改变，因此研究抽油机井实现随动平衡，使抽油机系统在整个石油开采过程中，随着井况变化而变化，始终保持平衡状态是节能降耗研究的又一个重要方向。

3）从降低抽油机井悬点载荷来分析，合理驱动、软性驱动，降低惯性载荷和振动载荷，是抽油机井节能的有效研究方向。

3 节能技术在抽油机井上的合理应用及优化

3.1 抽油机选择上尽量选取合理节能产品

每一款节能产品、每一项节能措施在合理的环境下都能起到节能降耗的效果，但是节能产品或者节能措施需要再合适的工作环境下，采用合理的配合方式才能使节能效果达到最大化，不合理的组合可能会导致节能效果下降甚至没有节能效果。因此在实际的作业中，需要谨慎的考虑节能组合，使其发挥1+1>2的效果，带来更高的经济效益。合理选用节能抽油机和节能拖动装置的优化组合，属于地面节能部分，是传统且实用的节能手段。

选用不同节能电机和节能拖动装置的配合，经评价试验，得出节能效率曲线图如图1。由效率曲线可看出，并非随意的组合节能产品技能获得节能效果，因此在选择节能组合上，一定要经过模拟试验，确保节能效果后在进行组合优化。

3.2 供液不足井的节能

在供液不足井上作业时，抽油机的选择具有针对性，比如模拟试验选用抽油机智能间歇节电控制装置，利用短波吸收原理，设定一个合理的气液比值，以此比值作为标准，通过自动采集到的实际气液比值，进行自动调整停、开机。CJZ-1抽油机智能间歇节电控制装置试验结构如表3。由试验资料可知，采用此项节能技术，不仅实现了抽油机井节能的目的，而且在工作中，还达到了降低抽油机损耗的效果，使抽油机工作周期缩短，使用寿命增加，使生产管理更具有科学性。

表3 供液不足井不同生产方式对比

3.3 非节能抽油机的改造

就目前我国油田采用工程中，抽油机方式实现机井采用是最主要的方式，占总井数的约94%，并且抽油机基本采用供电模式，其耗电量占据整个机采系统总耗电量的92%左右，抽油机是石油工程中最耗电的设备。在我国油田生产中，绝大部分油井使用的都是非节能型抽油机，因此对非节能抽油机的改造，实现节能省电是目前摆在面前的主要问题。

下偏杠铃游梁复合平衡抽油机实在普通游梁抽油机的基础上，对其杠铃质量中心与回转中心的连线，和游梁中心水平线的角度进行调整，使其下偏一个角度，下偏一个角度的质量中心其运转圆弧半径不变，加大了力矩，进而减少了连杆大传动角时抽油机性能损耗。另外在进行改造之前，根据油井生产的实际情况，选择使用寿命长、能耗大、性能系数低的机型，这样不仅提高了节能效果，而且还降低了改造的平均成本。

3.4 从整个系统出发实现节能降耗

石油工程是一个系统庞大的工程，抽油作业是其中一个环节，而抽油机又是抽油作业其中的一个环节，因此为实现节能降耗的目的，还需从整个系统着手。首先，根据油井地面和井下双重因素，选择合理的油泵；其次，从技术上进行节能研究是一个方面，从制度上进行节能则是另外一个有效的方面。制定合理严肃的节能制度，严格要求抽油机使用，避免“大马拉小车”的状况出现。另外制定适合整个工程进程的制度，保证在每个作业环节都有与之匹配的制度，使作业施工有规可循。

参考文献

[1]董德明.抽油机井节能措施的选择与优化[J].油气田地面工程，2008（10）.

[2]叶鹏.抽油机井系统效率的数值模拟分析与试验研究[D].大庆：东北石油大学，2011.

[3]吴铁权.提高抽油机井系统效率措施分析[J].中国石油和化工标准与质量，2011（2）.

[4]钟平，李正平，黄建辉.抽油机井高效节能技术[J].国外油田工程，2000（2）.

抽油机节能篇3

主题词：油田 抽油机 节能降耗 措施

0引言

我国各大油田机械采油抽油机用量大、耗能高，约占油田总用电量的70%，是影响油田采油成本的重要因素。近20年来，国内大油田及制造企业在抽油机的节能增效上做了各种努力和尝试。市场上先后出现了很多类型的抽油机产品及节能装置，仅试验、应用的各种新型抽油机就有一百多种、数万台。

1常规抽油机机型的绝对优势

通常来说，油田选用什么抽油机设备，用户说了算。只有他们最清楚需要什么样的抽油机。油田企业对抽油机的应用首先是可靠性高，故障率低，安全性好。

抽油机的工作环境和条件十分恶劣：一是要求无人值守地运转；二是除了维护、修井时间以外，要求一年365天每天24小时不停地工作；三是在野外露天、严寒酷暑、风霜雨雪等环境下全天候地工作；四是为带动抽油杆上下抽油，抽油机每天要换向数千至数万次，随着换向其载荷不断地大幅度正负变化。正因为严酷的工作条件要求抽油机有高度的可靠性。

目前国内对抽油机的“可靠性”要求，暂时还没有明确的标准。据统计，中石油抽油井平均有效开机时率约95%，即平均每口井每年有18.25天处于停机状态。而加拿大、印尼要求抽油机每年停机时间分别不超过一天、一天半。

假设以每年停机3天计算，中石油在用的10万台抽油机，则需要有2460多个维修队伍365天（8小时/天）忙于抽油机的维护。目前正在试用的新型抽油机，可靠性远远达不到上述要求，保守一点说，这些机型年累计维护时间不会少于10天。

如果在试验阶段，试用的数量小，这10天的维护时间不是大问题，假如推广到10万台则数字令人震惊。即意味着需要有8000个维修队伍365天（8小时/天）忙于抽油机的维护。这不仅使维护的人力、直接费用难以支撑，同时将意味着每年要影响300万吨的原油产能（3吨/日）、75亿元收入（2500元/吨）。

抽油机可靠性对油田的意义由此可见一斑，常规抽油机在耐用方面独领；仅此一项，需要经常维护的机型在市场上会被一一淘汰出局。

其次是操作维护方便、运行成本低。调查结果显示，目前常规抽油机及其基础上革新出来的新机型，即游梁式节能抽油机每年维修成本一般在2000元左右，市场上的新品，即无游梁式节能抽油机的维修成本通常在8000～10000元之间，是游梁式抽油机的4-5倍；维修时间因各种机型有所不同，大致上无游梁式抽油机维护时间是游梁式抽油机的2倍以上，且对维修人员素质要求较高。

目前由于各油田采油公司成本压力均较大，维修人员较为紧张，虽然无游梁式抽油机节能效果也不错，但与游梁式节能抽油机相比，不仅维修时间长、费用高，同时还因停机时间较长影响原油产量，而且对采油维修人员素质等要求更高，不太适应油田的实际，推广难度较大。

基于上述两点，至今游梁式抽油机仍在抽油机大军中占有绝对多数，仍然是各油田抽油作业的首选。据统计，中石油现有油井数约14万口，其中抽油机井数11.5万口，在用10.3万口。使用常规抽油机6.1万台，占59%，节能型抽油机4.2万台，占41%。全国20多万口抽油机井数中，使用常规抽油机的应在60％以上。

2新抽油机机型可靠性不足

近20年来，随着国家和石油公司对节能降耗的逐步重视，不断有大量的节能型抽油机、节能电机、节能配电柜等产品在油田现场进行试验应用，其中试验、应用的各种新型抽油机有一百多种、数万台。大部分由于设计、质量、安全、操作维护等方面的原因，可靠性远远达不到上述要求惨遭淘汰。

新型抽油机在油田经过近20年来的应用考验，只有少数机型《双驴头、下偏杠铃、弯游梁、偏置式、低矮型、链条宽带等）得到了用户的认可，逐步推广应用至今，其余近百种机型由于设计、制造等方面原因，使其可靠性差、故障率高、维修复杂等还比较稚嫩，无法适应油田现场的使用要求被淘汰。

例如：上世纪八十年代，曾批量在辽河粘稠油并上推广的链条抽油机，十多年间应用了3200多台，但终因轨迹链条故障多这个致命缺陷，已全部退出了市场；摩擦式抽油机，通过几年的试用，于2002年在大庆、辽河、吉林小范围地进行了推广应用，但由于产品可靠性较差、小毛病不断（2-3个月需进行一次维修保养）及设计不合理（电机、减速箱在抽油机顶部），维修保养存在一定安全隐患，现已基本被淘汰；曾经广泛推广应用的自启动永磁异步电机，最多时曾用到1万多台，虽然在初时节能效果较好，但使用一段时间后逐渐退磁，退磁后能耗更大，现已基本退出市场。还有许多机型没能到小批量试验就已退出市场。以上这些未成功的机型，虽然在推广初期都有明显的节能效果，批量推广应用后很快就出现了各种问题，逐步被市场淘汰。

抽油机节能篇4

关键词：抽油机；设备管理；节能降耗

1.抽油机的工作原理及组成

1.1抽油机的工作原理：

由电机供给动力，经减速装置将马达的高速旋转变为抽油机的低速运动，并由曲柄―连杆―游梁结构将旋转运动变为抽油机的往复运动，带动深井泵工作。

1.2抽油机结构组成：

主要由底盘、减速箱、曲柄、平衡块、连杆、横船、支架、驴头、悬绳器及刹车、电动机、电路控制装置组成。

2.抽油机能耗原因分析

在掌握抽油机工作原理及组成的基础上，我们在一定程度上对抽油机能耗有了一些基本了解，抽油机能耗主要分为2个部分，地面能耗主要由抽油机工作参数、设备运行状况、电机功率所决定。地下能耗主要由包括泵深、泵径及管柱组合等因素决定。下面我们对抽油机地面能源消耗因素进行一些简要分析，通过工作实例及我们力所能及的设备管理工作，避免了能源浪费，实现了节能降耗。

2.1电动机：

直接消耗能源的电器设备。其匹配的合理性直接决定的能源消耗的水平。我们对全队的电机匹配合理性进行调查，根据抽油机载荷、额定电流与实测电流差值进行对比分析，对存在的大马拉小车的现象进行了及时的更换及降档工作，调整后电流下降，单井日耗电平均水平得到了明显降低，取得了较好的节能效果。

2.2抽油机工作参数：

抽油机工作参数主要取决于冲程、冲次的合理配合情况下，对抽油机节能起决定关键作用。一般情况下，抽油机至少有三个冲程和三个冲次，当抽油泵已确定的前提下，冲程、冲次就有九种组合。在相同排量下，合理调整冲程、冲次组合，达到高效低耗生产。

3.游梁式抽油机节能方法

3.1通过优化生产参数实现节能降耗：

3.1.1供液不足、气体影响、稠油井采用长冲程、慢冲次组合，提高泵充满系数、降低气体影响，提高产量、降低单耗。尤其是严重供液不足的油井，降低冲次，能有效提高泵充满系数，增加产量、降低单耗。

3.1.2供液充足、油品物性较好、连抽带喷的油井采用快冲次快速抽汲的组合，增加诱喷作用，提高产量的同时降低单耗。

3.1.3注水区块、地层能量充足且高含水的油井，不宜调小工作参数，应尽量采用最大工作制度生产，增加产液量的同时，增加产油量。

3.1.4地层出砂严重的油井宜采用中等冲程、低冲次组合。减小生产压差，降低地层出液速度，控制地层出砂，延长检泵周期，实现节能降耗。

3.2使用节能型抽油机减少能耗水平

根据工作参数的优化关系，对我们生产在用的短冲程、慢冲次抽油机进行更换长冲程、慢冲次的节能型抽油机。一般来说，优化改造后的游梁式抽油机抽油机具有性能较稳定，承载力强，结构合理，可靠性高的游梁式抽油机的一些优点。在工艺参数，运动参数和动力学参数等方面具有以下特点：首先改造后的抽油机减速器扭矩降低3%- 8.5%，小泵，减速器扭矩明显下降，换句话说，优化节能改造对于”小泵深抽”来说更为有利；其次从测试数据可以看出，改造后的抽油机平衡是大大提高，一般85%以上，个别抽油机达到100%。抽油机地面效率提高18.8%，抽油机地面设备功率消耗减少40.4%；再有改造后的抽油杆应力下降53.3%，延长曲柄销和轴承的寿命，对于提高抽油机的优化改造条件是非常有利；改造后的抽油机支架水平下降了49.94%，垂直力下降了17.9%，改善基础条件，使抽油机的稳定性能得到很大程度的提高。

3.3加强设备设备运行状况管理实现节能：

抽油机是由多部件组合而成。各连接部件的配合状态及损耗也决定抽油机能源消耗。抽油机的平衡度、驴头与井口的对中情况、井口盘根盒松紧度、传动皮带的张紧程度、刹车配合等等都会影响增加抽油机的能耗。主要是通过对抽油机四杆结构的优化设计和抽油机平衡方式的完善来改变抽油机曲柄抽净扭矩曲线的形状和大小，使其波动变的平坦，且减少负扭矩的存在。从而减少抽油机的周期载荷系数，提高电动机的工作效率，达到抽油机节能的目的。

3.4基层采油单位加强设别管理实现节能降耗的认识“

3.4.1必须修订、完善设备管理制度，提高各级设备管理人员的认识及意识，靠制度进行规范与约束，实现设备精细化管理，杜绝由于人员管理不善而造成的不良现象发生。

3.4.2必须严格认真的落实好设备维护保养制度，根据不同季度有针对性的开展好设备检查与维护保养工作，对各部分的点加油保养，同时注意夏季、冬季的油品使用，降低设备故障机率。

3.4.3必须理论与实际相结合。根据现场实际情况，进行分析研究，找出设备原因，从工艺技术入手，全面掌握抽油机使用情况，从而进行了进行调整、完善。坚持能耗水平的日跟踪、周分析、月总结的工作要求。加强设备能耗水平的管理分析、建全台账档案，提高综合管理水平。

4.结论

游梁式抽油机在大港油田应用范围较广，设运转备数量大，管理简便，但是要真正实现设备粗放式管理向集约式管理的转变还需要做很多的工作。设备节能运转是大势所趋，是实现节约型社会、节约型企业的必由之路。为此，油田特别是采油单位要加强游梁式抽油机等大型设备的节能管理工作。

参考文献

[1] 郭登明，艾薇，谷志峰，孙三明，高惠良. 游梁式抽油机的节能改造[J]. 钻采工艺. 2002（03）

抽油机节能篇5

1 概述

自从100多年前，以燃烧石油制品为动力的机器诞生以来，对石油的需求量飞速增长，也为石油工业的发展提供了契机。随着采油业的发展，产生了被广泛使用的油井举升设备——抽油机。

抽油机的种类繁多，技术发明有数百种。从采油方式上可分为两类，即有杆类采油设备和无杆类采油设备。有杆类采油设备又可分为抽油杆往复运动类（国内外大量使用的游梁式抽油机和无游梁式抽油机）和旋转运动类（如电动潜油螺杆泵）；无杆类采油设备也可分为电动潜油离心泵，液压驱动类（如水力活塞泵）和气举采油设备。

目前，应用最为广泛的是游梁式竖井抽油机采油系统，如图1所示。由图1可见，该系统由3部分组成，即地面部分——游梁式抽油机，它由电动机、减速箱和四连杆机构（包括曲柄、连杆和游梁）等组成，详细结构见图2；井下部分——抽油泵（包括吸入阀、泵筒、柱塞和排出阀等），它悬挂在套管中油管的下端，可分为杆式泵和管式泵；联接地面抽油机和井下抽油泵的中间部分——抽油杆柱，它由一种或几种直径的抽油杆和接箍组成。

我国的油田不像中东的油田那样有很强的自喷能力，多为低渗透的低能、低产油田，大部分油田要靠注水压油入井，再用抽油机把油从地层中提升上来。以水换油或者以电换油是我国油田的现实，因而，电费在我国的石油开采成本中占了相当大的比例，所以，石油行业十分重视节约电能。目

前，我国抽油机的保有量在10万台以上，电动机装机总容量在3500MW，每年耗电量逾百亿kW·h。抽油机的运行效率特别低，在我国平均效率为25.96％，而国外平均水平为30.05％，年节能潜力可达几十亿kW·h。除了抽油机之外，油田还有大量的注水泵、输油泵和潜油泵等设备，总耗电量超过油田总用电量的80％，可见，石油行业也是推广“电机系统节能”的重点行业。抽油机节能包括节能型抽油机和抽油机节能电控装置的研制与推广两个方面，对此两大技术的研究方兴未艾。介绍和宣传的文章很多，众说纷纭，莫衷一是。厂家的产品性能介绍亦有“王婆卖瓜”之嫌。因此，有必要将目前常见的几种类型的抽油机节能电控装置作一个科学的分析比较，以供用户选用时参考。在全国各油田进行试验或已投运的节能电控装置不下数十种之多，大体上可以分为5种类型，下面分别加以讨论。

2 间抽控制器（POC）

由于抽油机是按照油井最大化的抽取量来进行选择的，并且还留有设计余量。另外，随着油井由浅入深的抽取，井中液面逐渐下降，泵的充满度越来越不足，直到最后发生空抽的现象，如果不加以控制，就会白白地浪费大量的电能。对于这种油井，最简单的方法是实行间抽，即当油井出液量不足或发生空抽时，就关闭抽油机，等待井下液量的蓄积，当液面超过一定深度时，再开启抽油机，这样就提高了抽油机的工作效率，避免了大量的电能浪费。

间抽控制的原始做法是派人定时到油井去开停抽油机，即使在发达国家，目前也还有不少油井采用这种人工控制方式，以便解决抽油机的低效和浪费问题。这种做法每天要派人去井场操作好几次，经过长期试验才能摸索出适合各油井的间抽规律，费工费时。于是就引入了定时钟，只须设定开、停机时间，便能自动地进行间抽控制，但是，这仍然无法解决令抽油机的工作能力动态地响应油井负荷的变化，以达到最佳的节能效果，同时，还有可能会影响油井的产量。

为了解决上述问题，通过安装相关的传感器，精确感知油井负荷的动态变化，实现智能间抽控制（IPOC）。为此，可采用各种不同的传感器达到控制目的，下面分别予以介绍。

2.1 液面探测器

如果能直接测出井中的液面，那么就可以用它来控制抽油机的运行。当液面高度超过泵时，就启动抽油机；当液面降到泵的吸入口处时，就关闭抽油机，避免空抽的发生。早期的方法是使用永久式的井下压力传感器来检测液面，现代则是利用声波装置从地面上自动监测井下液面深度，但是，由于装置复杂，维修费用高而没有得到普及。

2.2 流量传感器

在井口通过流量传感器检测油井的出液量，是实现抽油机控制最直接，也是最有效的方法。但是，由于国内的油井产量太低，有些油井的产量每天只有几m3，甚至不足1m3，合10cm3/s。这么小的流量检测，对于各种类型的流量传感器来讲都是一个难题，再加上井中采出的油液中含有大量的泥沙和蜡块，经常会发生堵塞现象，因而也未能获得推广应用。

2.3 电机电流传感器

应当说，电机电流的检测是最方便、最可靠，也是最为廉价的方法。当发生空抽时，下冲程开始

时游动阀并没有打开，光杆载荷为杆柱重量及游动阀上部液柱的重量之和，可平衡掉大部分的配重的重量，电动机只要用很小的能量就可将杆柱送入井底，电机电流较小；当油井中泵的充满度较高时，下冲程开始不久，游动阀即打开，泵中液面托住了游动阀上部的液柱重量，并且使抽油杆柱也浸没在液体中，因而光杆载荷只是杆柱在液体中的浮重，这也就意味着电机将用较大的能量来举起曲柄或游梁尾部的平衡块的重量才能将杆柱送入井底，因而电流就较大。

在下冲程时设置一个设定值，当发生空抽时，实际电流将降至此值以下，控制器就关闭抽油机。也可通过电机的平均电流进行检测，从实际平均电流的下降中也可很容易地鉴别出空抽的发生。但是，电流的检测受到抽油机配重的影响而使实际的电机电流变得很难控制，绝不像某些肤浅的文章中所描述的那样，是近似方波的电流波形。实际的抽油机电动机的扭矩（电流）曲线如图3所示。这种不规则的扭矩（电流）曲线，只有通过抽油机的机械结构和平衡曲线的改变方能改变，而不是通过电控装置可以实现的，因此，这是一个机电一体化的系统工程问题。

2.4 抽油杆载荷传感器

普遍采用的方法是通过特制的传感器，对抽油机的光杆载荷进行检测，因为，光杆载荷是井下泵运行情况的最好监视器，并且它不受平衡配重的影响。泵的充盈系数（包括空抽）通过对抽油杆载荷的分析可以很容易地被检测出来。另外，更重要的是抽油杆载荷数据，加上抽油杆位置的信息，正是分析井下工况的“示功图”的必备数据，利用这些信息可对抽油机的运行情况进行全面的分析。

在光杆或游梁上安装测力传感器可以测出抽油杆的载荷数据。光杆测力传感器比较准确，但易于损坏；安装在游梁上的传感器准确度比较低，但比较耐用。国内已有抽油机专用的测力传感器产品。利用载荷传感器的数据绘制的示功图，检测抽空控制设备的工作原理如图4所示。

抽空控制最可靠的一个方法是计算光杆所做的机械功，因为，机械功与被示功图所封闭的面积成正比，所以，空抽表明输入到系统中的能量减少，只须计算示功图的面积或一部分面积即可检测抽空条件。其方法包括在示功图上设定两条垂直线，计算这两条抽油杆位置线之间示功图的面积或曲线下面的面积，如果用示功图里面的面积，可检测出图4中的面积1减少了；如果用示功图下面的面积，则可检测出面积2增加了。

同时，也可像电机电流信号一样，通过计算光杆载荷平均值的办法来检测抽空的发生，较高的载荷平均值表示有可能发生空抽，而较低的载荷平均值则表示油井中液量多。

总之，间抽控制器的优点和经济效益是显而易见的。

1）由于缩短了抽油时间，大大减少了能量消耗。但是，在用人工控制和定时自动控制间抽时，由于惟恐减产，几乎都会发生实际抽油时间比必要的抽油时间长的情形，因而不能完全避免空抽。通过传感器信号实现闭环控制的智能间抽控制器（IPOC），在检测到空抽时立即关闭抽油机，避免了空抽的发生，平均可多节约能量20％～30％。

2）相对于人工间抽和定时间抽来讲，智能间抽控制由于达到了较低的平均液面，增加了产量。因为，较低的液面意味着较低的井底流压，结果较多的液体流入井底，通常可增产1％～4％。

3）由于消除了液击现象，可使井下和地面设备的维修费用减少25％～30％。另外，通过IPOC装置可提前探测到油井故障，从而进一步减少了所需的修井作业量。

4）使用微电脑技术的IPOC装置大大增加了抽油系统的性能信息检测数据，为抽油机的遥控遥测及集中控制创造了条件。

3 软起动及调压节能型

由于抽油机的功率档次有限，如30kN，60kN，

80kN，100kN等，而每一口油井的参数都不一样，在选配抽油机时，不可能做到量体裁衣，刚好和抽油机的功率档次相匹配，一般留有一定的功率裕量；各型抽油机在配用电动机时，为了保证抽油机在各种工况下正常运行，也留有一定的功率余量；随着油井由浅入深的抽取，油井的产液量越来越少，抽油机的负荷也相应减小。由于上述原因，就造成了抽油机的实际负载率普遍偏低，大部分抽油机的负载率在20％～30％之间，最高也不会超过50％，形成大马拉小车的现象。而当电动机处于轻载运行时，其效率和功率因数都较低，此时若适当调节电动机定子的端电压，使之与电动机的负载率合理匹配，这样就降低了电动机的励磁电流，从而降低电动机的铁耗和从电网吸收的无功功率，可以提高电动机的运行效率和功率因数，达到节能的目的。

3.1 电动机定子绕组/Y转换降压节能

由于低压电动机在正常工作时，定子三相绕组是接法，这样每相绕组承受380V的线电压，电动机可产生额定的输出机械功率。电动机的转矩是与电压的平方成正比的，当电动机轻载（负载率<33％）时，可以将电动机的绕组由接法改成Y接法，使每相绕组只承受220V的电压，即为额定电压的1/，电动机的转矩也就仅为额定转矩的1/3。当负载率>33％时，再将电动机绕组改为接法运行，否则，会因电流过大而烧毁电动机。电动机在进行Y/转换时会产生冲击电流。

Y/接法转换的实现一般采用交流接触器实现，也可以通过晶闸管开关实现，两种方法在节能效果上并无差异，而转换控制电路如何准确掌握转换时的负载率则会对节能效果产生较大的影响。当负载率β<33％时，不能及时进行Y切换，则会影响节能效果，而当负载率β>33％时，不能及时进行Y切换，则会使电流过大，铜耗增加，反而费电，同样影响节能效果。为了不使转换频繁发生，一般在转换点的负载率之间设置一定的回差，通常采用负载率β<30％时进行Y转换，而当β>35％，进行Y转换。

    3.2 晶闸管相控与调压节电软启动

晶闸管软启动与调压节电的控制框图如图5所示。由单片机控制串联在电动机定子主电路中的晶闸管?触发角α，即可以改变加在定子绕组上的端电压值，从而起到调压节电的目的。其优点是可以动态跟踪电动机的功率因数或输入电功率，达到最佳节能效果；在负载突然增加时也可得到及时的响应，以免电动机堵转；且可兼作电动机的软启动器，同时由于采用单片机控制，具有完善的保护功能。其缺点是造价较高，且由于对晶闸管进行相控，会产生大量的谐波，对电网、电机以及通信系统造成不良的影响，今后这类产品将因达不到电磁兼容的标准而被限制使用。关于电动机降压节电的有关计算和校验，国标GB12497?1995《三相异步电动机经济运行》中有明确的要求。在采取调压节电时，既要达到节电的目的，又要保证电动机轴上的出力，并有一定的过载系数，否则，当负载波动时电动机将发生堵转而烧毁。电动机轻载降压时，首先是功率因数上升，节约了无功功率。这里必须着重指出：不是所有的降压行为都能达到节能的目的，只有当电压的降低程度大于转差率及功率因数的上升程度时，才能使降压运行的电动机效率得到提高而节能。

经过各种检验计算，电动机降压后的最低电压范围大致为（0.56～0.27）UN。以上数据是以正弦波电压计算的，若考虑到晶闸管调压所产生的谐波，引起电动机的噪音，振动和附加发热等因素，其节能效果还要降低。一台Y1600—10/1730型电动机轻载降压节能效果的计算数据见表1。Y1600—10/1730型电动机的原始数据为：额定功率PN=1600kW，额定电压UN=6.0kV，额定电流IN=185A，额定转速nN=595r/min，最大转矩倍数（最大转矩/额定转矩）=2.22，起动电流倍数（堵转电流/额定电流）=5.53，起动转矩倍数（起动转矩/额定转矩）=0.824，额定效率ηN=94.49％，额定功率因数cos?=0.879。电动机额定负载时的有功损耗ΣPN=93.3kW，电动机的空载损耗Po=29.6kW，空载电流Io=46.25A，电动机带额定负载时的无功功率QN=918kvar，电动机的空载无功功率Qo=480.6kvar。

由表1可知，电动机降压节能，主要节省的是无功功率，提高了功率因数，对供电网有利。而有功节电主要节省的是电动机自身损耗的一部分，且随着负载率的上升而锐减：负载系数β=0.1时，有功节电率为15％；β=0.2时为5.3％；β=0.3时仅为2.1％。按照国标GB12497?1995的规定，综合节电为ΔP＋KqΔQ，其中Kq为无功经济当量，其值规定为：电动机直连发电机母线时取0.02～0.04；经二次变压时取0.05～0.07；经三次变压时取0.08～0.1。一般抽油机电动机均经三次以上变压，可取为0.1，也即每节省10kvar的无功功率，可折合为1kW的有功功率计算。由于降压节能时电动机的转速基本上不变，轴上的负载也不变，则电动机的输出轴功率是不会改变的，节省的只是电动机自身损耗的一部分，表1中第7栏综合节电率应为表中第4栏的数据除以当时的负载功率与第5栏的损耗功率之和的结果，并非为节省的综合有功功率与电动机额定功率之比。这是一个概念误区，有些用户在计算节电效益时，往往用电动机的额定功率乘以节电率再乘以运行时间来计算节省的电能（kW·h）数，这是错误的。

表1 按最佳调压系数进行调压后节省的电量计算值

电动机负载系数β 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 最佳电压调节系统Kum 0.374 0.53 0.647 0.747 0.833 0.916 节省的有功功率ΔP/kW 24.2 17.0 11.0 6.4 3.0 0.86 节省的无功功率ΔQ/kvar 386.5 300.8 224.8 157.0 97.6 47.2 节省的综合有功功率ΔP＋KqΔQ 47.4 35.05 24.5 15.8 8.86 3.7 U=UN时电机综合损耗功率∑Pc 59.34 62.04 66.53 72.83 80.93 90.82 损耗节电率/％ 79 56.4 36.8 21.7 11 4 综合节电率/％ 21.6 9.17 4.48 2.22 1 0.35 由表1可知，当负载率为β=0.4时，其综合节电率为2.22％，其节省的功率并非为PN×2.22％=35.52kW，而应当为β=0.4时的负载功率PN×0.4加上电动机当U=UN时的功率损耗ΣPN=72.83kW，来乘以综合节电率2.22％，即（1600×0.4＋72.83）×2.22％=15.8kW。有些制造商常在这一问题上误导或欺骗用户，应引起注意。

通过降压对电动机实现软起动的目的，一是减少起动时过大的冲击电流，二是减小全压起动时过大的机械冲击。那么在抽油机上使用降压软起动装置，其效果究竟如何呢？由于电动机的转矩与施加电压的平方成正比，施加电压降低了，电动机的转矩若达不到负载的起动转矩时，电动机是转不起来的。虽然电动机的堵转转矩一般小于额定转矩，但是，当电压降到额定电压的70％时，电动机转矩只有额定转矩的50％，对于起动转矩超过50％额定转矩的负载，是转不起来的。只有当电压升高到电动机的转矩足以克服负载的静转矩时，电动机才能启动。所以，/Y转换起动只适合起动转矩<1/3额定转矩的负载，一般的软起动也只适合起动转矩<50％额定转矩的负载，对于重载起动的负载就降低起动电流来说，软起动器也是无能为力的。

对需重载起动的负载，使用软起动并不能达到减小起动电流的目的，更不能达到节省起动能量的作用；但是，由于软起动器的电压是呈钭坡上升的，虽然在达到起动转矩前电动机并不旋转，但随着电动机轴上扭矩的不断增大，被拖动的负载是慢慢被加力的，所以，用软起动器起动需重载起动的负载时，可以达到减小机械冲击的目的。对于抽油机来讲，使用软起动器，不一定能达到减小冲击电流的目的，但可以达到减小起动时机械冲击的目的，还是有一定作用的。

在某些宣传降压节能产品的文章中，提到在抽油机处于发电状态时，可以通过调整晶闸管的触发角α改善瞬时过电压的问题，事实上也不尽然。当异步电动机由于负载超速而变成异步发电机运行时，是会产生瞬间过电压，使电动机端电压高于供网电压，但由于供电网可以看成是一个无穷大的电源系统，当稳态运行时，电机端电压只是略高于供网电压，以便能量反馈。这时调整晶闸管的触发角α，只能调整电流，即异步发电机的负荷，对于抑制过电压并无效果。

4 无功就地补偿节能型

交流异步电动机的无功就地补偿就是将补偿电容器组直接与电动机并联运行，电动机启动和运行时所需的无功功率由电容器提供，有功功率则仍由电网提供，因而可以最大限度地减少拖动系统对无功功率的需求，使整个供电线路的容量及能量损耗、导线截面、有色金属消耗量，以及开关设备和变压器的容量都相应减小，而供电质量却得以提高。

抽油机节能篇6

5 超高转差率多速节能电动机拖动装置

5.1 作为节能措施的应用

抽油机由于其特殊的运行要求，所匹配的拖动装置必须同时满足三个最大的要求，即最大冲程，最大冲次，最大允许挂重。另外，还须具有足够的堵转转矩，以克服抽油机启动时严重的静态不平衡。因此，往往抽油机在设计时确定的安装容量裕度较大。如6型抽油机配Y200L?6/18.5kW，10型抽油机配Y250M?6/30kW等。20世纪80年代中分别引进国外超高转差电动机（CJT）和超高转差多极电动机（CDJT）技术，对抽油机拖动装置进行了大量的科学实验，测试和分析，证明抽油机匹配CDJT节能拖动装置具有显著的节能效果。

    其一，降低抽油机拖动装置的安装容量裕量就是一个节能体现。功率匹配变化见表2。

表2 功率匹配变化

抽油机型号

6型

10型

12型

14型

原匹配电动机

Y200L1－6

Y250m-6

Y280M-8

Y315M1-8

电动机

18.5kW

30kW

55kW

75kW

替换电动机

CJT－616kW

CJT－10A22kW

CJT－12A45kW

CJT－1465kW

功率下降率/％

13.5

26.7

18.2

13

电流下降率/％

10

26.3

15

18.8

由表2可知，由于所匹配功率下降，其对应的额定电流相应下降。网络及电机绕组的铜耗与电流平方成正，电流的下降自然带来了损耗的降低而达到节能。

其二，CJT装置软的机械特性造就了抽油机运行过程中电动机功率的有功分量和无功分量的变化，促使输入功率的降低。

分析图6，普通电动机的T=f（s）机械曲线告诉我们，若负载超过Tmax，则电动机不能正常运行，因此，转速在n～n0范围变化较小。而CJT电动机的机械转动曲线告诉我们，T2st>Tst，且速度变化范围大，从0～n0均能运转。

电机机械特性的软、硬就是指转速随转矩变化的大小。“硬”，速度变化小；“软”，速度变化大。

    普通电动机的机械特性较硬，在一定负载下，转速n（或角速度ω）较大；CJT电动机机械特性较软，在同一负载下，转速n（或角速度ω）较低，即转差率较大，具有降低扭矩峰值，减小抽油机悬点冲击载荷的作用。因此，在某些工况具有节能效果。

另外，通过对图7所示效率，功率因数与输出轴功率之间的函数关系分析可知：

1）普通电动机的η及cosψ曲线陡峭；

2）CJT电动机的η及cosψ曲线平坦；

3）普通电动机在额定输出功率点，η及cosψ较高，运行最经济；

4）在轻负载时，普通电动机的η及cosψ较低，CJT电动机的η及cosψ较高。

从前面的介绍可知，抽油机固有的设计及运行特点与现场实际运行工况相比，不可避免地出现了大马拉小车的不合理匹配。抽油机维持在PH点的负载，在现场从未出现过，绝大部分负载在电动机额定功率（指输出功率）20％～30％左右。对普通电动机而言，如此运行，其效率和功率因数特低。对CJT电动机来讲，由于曲线平坦，η及cosψ在负载变化情况下，其值变化不大，从而相对来讲其η及cosψ高于普通电动机，致使有功功率降低，功率因数提高。因此，就节能而言，抽油机匹配超高转差电动机是合理的。当然，转差率的高低，机械特性的软硬是否越高越好、越软越好？对于这一问题，我们认为新技术的成立与否是通过生产实践验证的。转差率高低，机械特性软硬均应适度，否则对其实用性、可靠性带来不利影响。

其三，软的机械特性造就了抽油机悬点最大负荷降低，抽油泵上行速度缓慢，抽油杆的弹性变形减小，从而使抽油泵的填充系数增加，吸液量增大，每冲次来油量增加，使单位液耗电能降低。

大量的资料证明，抽油机匹配超高转差电动机，具有显著节能效果，而CDJT变极多速电动机在抽油机应用上其节能效果则更上一层楼。它通过转速的切换而直接导致功率的切换。如6型抽油机原匹配电动机18.5kW，更换为CDJT?5C型变极多速电动机，其功率转换为8/12/16kW三个功率等级，其装机容量分别降低13.5％，35.14％，56.76％，额定电流分别降低15.4％，28％，31.4％。通过功率切换其节能效果非常明显地展现出来。

5.2 作为调参（调冲）措施的应用

油田在采油过程中，从工艺或某些特定条件的需要出发，要调整冲次，过去和现在均采用较笨重的办法，由专业人员到现场拆换皮带轮的办法来实现。整个过程需停机进行，执行该任务费事、费时，劳动强度大。采用CDJT变极变速拖动装置，则可由采油工在几秒钟中内非常方便地按下按钮就可实现调冲目的，且不影响生产。特别是有的油田需经常调冲的区域采用该型产品，倍感方便，深受现场生产组织者的欢迎。

5.3 降低设备维修费用

CJT抽油机节能拖动装置所具有的软机械性能，改善了抽油机驴头悬点负荷的不均衡性，特别是启动瞬间及启动过程，降低了对抽油机结构件、传动系统的冲击，降低了设备的维修费用，延长了抽油机的使用寿命。

6 变频调速节能

当油井的地下渗透能力小于抽油机的泵排量时（绝大多数油井如此），为了提高抽吸效率，降低单位产量的能耗指标，最直接的办法是实行间抽。但是大多数的油井是不允许间歇性工作的，因为如果长时间停机的话，轻则会影响产油量，重则会使油井无法再开启。这是因为：

1）含蜡量高或含盐量高以及油的粘稠度高，且地处高寒地区的油井，如果间歇工作，会造成井口结蜡、结盐或结油的后果，使油井无法再开启；

2）对于注水油井，如果停止抽取，势必会影响产油量，这将是得不偿失的事，对于这类油井，就要采用其它的节能方法。

为了使抽油泵的排量与油井的渗透能力相适应，可以通过改变抽油机的电动机转速来实现。抽油泵是一种柱塞泵，对电动机来讲是一种恒转矩性的负载，也即电动机的电功率与其转速成正比。这里要提醒注意的一点是:有人一说到泵，就想当然地认为和风机、水泵一样属于平方转矩型负载了，或者说“近似于泵类负载”，这都是错误的。要知只有叶片式的风机和水泵，在不计其静扭矩时，有近似于平方转矩的负载特性，也即：排量与转速成正比，压头（或扬程）与转速的平方成正比，而轴功率则与转速的立方成正比。

随着现代电力电子技术的发展，低压变频器已是十分成熟的电气产品，并且其价格也已经大幅度下降，目前进口变频器的价格约为600～700元/kW。国产变频器的价格在400～500元/kW，在抽油机上大量推广变频调速节能改造已经成为可能。抽油机改用变频器拖动以后有以下几个好处：

1）可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度，一方面达到节能目的，同时还可以增加原油产量；

2）由于实现了真正的软起动，对电动机、变速箱，抽油机都避免了过大的机械冲击，大大延长了设备的使用寿命，减少了停产时间，提高了生产效率；

3）大大提高了功率因数（可由原来的0.25～0.5提高到0.9以上），从而大大减少了供电电流，减轻了电网及变压器的负担，降低了线损，挖掘出大量的“扩容”潜力。

但是，将变频器用于抽油机拖动时，也有几个问题需要解决，主要是冲击电流问题和再生能量的处理问题，下面分别加以分析。

    6.1 冲击电流问题

如图2（见第3期P183）所示，游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构，其整机结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。对于支架来说，如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致，那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。在平衡率为100％时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，则需要电动机提供的动力越大。因为抽油载荷是每时每刻都在变化的，而平衡配重不可能和抽油载荷作完全一致的变化，才使得游梁式抽油机的节能技术变得十分复杂。因此，可以说游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术。

据笔者对某油田18口井的调查，只有1～2口井的配重平衡较好，绝大部分抽油机的配重严重不平衡，其中有10口井的配重偏小，另有6口井配重又偏大，从而造成过大的冲击电流，冲击电流与工作电流之比最大可超过5倍，甚至超过额定电流的3倍！不仅浪费掉大量的电能，而且严重威胁到设备的安全。同时，也给采用变频器调速控制造成很大的困难，一般变频器的容量是按电动机的额定功率来选配的，过大的冲击电流会引起变频器的过载保护，不能正常工作。

通过对抽油机曲柄配重块的调整，可以使冲击电流降到电机额定电流之内，冲击电流与正常工作电流之比在1.5倍以内。这样，选用与电机额定功率同容量的变频器，甚至略小于电机额定功率的变频器（要视抽油机电动机的负载率而定）都可以长期稳定运行。

由于抽油机的起动扭矩往往很大，惯性也很大，所以要将变频器的加减速时间设置得足够长，一般为30～50s，才不致在起动时引起过载保护。

6.2 再生能量的处理问题

由于抽油机属位能性负载，尤其当配重不平衡时，在抽油机工作的一个冲程中，会出现电动机处于再生制动工作状态（发电状态），电动机由于位能或惯性，其转速会超过同步速，再生能量通过与变频器逆变桥开关器件（IGBT）并联的续流二极管的整流作用，反馈到直流母线。由于交—直—交变频器的直流母线采用普通二级管整流桥供电，不能向电网回馈电能，所以反馈到直流母线的再生能量只能对滤波电容器充电而使直流母线电压升高，称作“泵升电压”。直流母线电压过高时将会对滤波电容器和功率开关器件构成威胁，为了保护电容器及功率开关器件的安全，所以，变频器都设置了“OUD”保护——直流母线电压高保护停机功能。

    1）一种办法是增大变频器直流母线上滤波电容器的容量，将再生能量储存起来，等电动状态时再释放给电动机作功。这种方法对节能有利，但是电容器的储能作用是有限的；譬如，某抽油机电动机的平均功率以10kW计算，回馈功率以25％计算为2.5kW，在一个冲程中发电状态为2～3s的话，则回馈能量Ad=6000J。若采用15kW的变频器，其直流母线滤波电容的容量为2200μF，正常工作时直流母线电压小于600V（Us），“OUD”保护电压（Usm）为800V，那么As=CUsm2－CUs2=×2200×10－6×(640000－360000)=308J，比起6000J的回馈能量来说小得多了。即使再增加10000μF的滤波电容，也只能储能1400J，因此，在大容量或者负载惯量大的系统中，不可能只靠滤波电容器来限制泵升电压。

2）第二种办法是采用“放”的办法，可以采用由分流电阻器Rp和开关管S11组成的泵升电压限制电路，如图8所示。

也就是将回馈能量消耗在电阻上，这是一种耗能的方法，对节能不利。尤其是在大容量或者大惯量拖动系统中，能量的损失较大。

3）对于地处北方寒冷地区的抽油机，为了在冬季增加原油的流动性和防止结蜡，而对井口回油管进行电加热，如采用中频加热装置。这时也可将变频器与中频电加热装置共用整流电路及直流母线，这样可将电动机回馈到直流母线上的再生能量用于中频加热器，同时又防止了直流母线电压的泵升。

4）对于同一井场上有多口油井的场所，可以采用共用直流母线系统方案，即若干台抽油机的变频器可共用一台整流器，将其直流母线联结在一起，利用各变频器的回馈能量不可能在同时发生的原理，将某一台变频器的回馈能量作为其他变频器的动力。这样即节约了能量，又防止了泵升电压的产生。如图9所示。

5）对于更大功率的系统，为了回馈再生能量，提高效率，可以采用能量回馈装置，将再生能量回馈电网，当然这样一来，系统就更复杂，投资也就更高了。所谓的能量回馈装置，其实就是一台有源逆变器。按采用的功率开关器件的不同又可以分为晶闸管（SCR）有源逆变器及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）逆变器两种，它们又各有其特点和要求。

——晶闸管有源逆变器

如图10所示，三相桥式可控变流电路用作有源逆变装置，使电网吸收再生电功率。为了使有源逆变电路正常工作，并防止过电流，应满足Um>Ud，其中Ud为变频器正常工作时的直流母线电压，Um为再生直流电压，而Um可通过超前角β（β=π－α）来进行调节。由于

Um=－2.34U2cosβ（或=－1.35U21cosβ）    （1）

若有源逆变器交流侧直接接到380V交流电源，且取最小超前角β=π/6，则Ummax为440V左右，而变频器直流母线电压正常工作时在510V左右，则Ud>Um。而我们要求的是，当再生能量较小时，有源逆变装置不工作，让能量储存在滤波电容器中，当直流母线电压达到某一设定值时（如Ud>670V），有源逆变装置才开始工作，将多余的能量回馈电网。根据式（1）反算过去，逆变变压器副边的线电压应大于540V，才能实现电压匹配。

    ——IGBT有源逆变器

虽然其主电路结构与变频器中的无源逆变器基本相同，但是其功能和控制方法是大不相同的。变频器中的无源逆变器的负载是三相交流电动机，其输出频率、电压、相位都可以由变频器随意控制；而有源逆变器的输出接的是交流电网，其输出频率、相位和电压取决于电网，所以，在IGBT有源逆变器的控制中增加了鉴频、鉴相器和锁相环控制。电压则由PWM控制，比晶闸管有源逆变器容易实现。另外在输出端接有交流电抗器，用来抑制过电流。

6）采用可四象限运行的变频器，如图11所示其控制就更复杂，投资也更高了。

6.3 电磁兼容性问题

这里主要讲电磁干扰（EMI）问题，即变频器对微电脑控制器，传感（变送）器及通信设备的干扰问题。变频器是一个很强的电磁骚扰源，变频器中的开关器件，以及SPWM电压波形，会对控制及通信系统造成很大的干扰。干扰的途径，除了感应、辐射之外，还包括传导干扰，即通过连接导线传导的干扰。在控制系统中，变频器只是一个执行机构，它的运行频率（速度）指令由控制器通过对油井液量等信号的控制运算后给予，变频器就通过控制信号线，给微电脑控制器造成了很大的干扰，以致使控制器无法正常工作。因为是传导性干扰，采用屏蔽线是不解决问题的，要从信号线上的共模及差模干扰入手，采用如图12所示的共模与差模滤波器，才能解决干扰问题。

6.4 闭环控制的采样

抽油机利用变频器调速，使之动态适应油井负荷的变化，达到节电的目的，必须要加外部传感器，否则无法实现闭环智能控制，只能实现人工定值控制。所采用的传感器的类型，与间抽控制器大体相同，但是在要求上是有差别的。

1）流量检测是最直观、最准确的方法，如果能实现小流量检测并解决防堵问题，应尽量采用流量传感器。

2）光杆载荷传感器也能用来检测井下液量的多少，与间抽控制不同的是，闭环调速控制只要求载荷的变化趋势，不需要标定空抽设定值。光杆的平均载荷大，说明井下液量少，应减速运行，反之则可加速运行。

3）电流控制不可取，因为这里除了配重的影响外，当电机调速时，电流也是随着变化的，因此不能将电流信号用作控制依据。

6.5 可靠性和环境适应性问题

由于抽油机都在环境恶劣的野外工作，并且很多油井是无人值守的，所以，对变频器的可靠性和环境适应能力提出了很高的要求。一方面要选用可靠性指标高的变频器品牌，同时也要给变频器在野外恶劣环境下工作创造必要的条件。如设计防护等级高的双层密闭隔垫（保温）控制柜，柜内设计强迫风冷系统，可以将柜内的热量排出，并在柜底设计有冷空气入口，使之适合在夏季沙漠高温环境中使用。如有条件，可建造控制柜小屋，使控制柜避免阳光直接照射及雨淋。

7 结语

1）抽油机在油田的使用量大，而负载率普遍偏低，功率因数则更低，电能的无谓浪费严重，节能降耗潜力巨大。

2）间抽控制器在低产油井上节能效果明显，同时因为其投资少，体积小，便于安装，因此推广应用的经济性很好。

3）对于负载率在30％以下的油井，采用Y/Δ转换控制的节能效果明显，且控制简单，投资省，具有推广价值。

4）晶闸管软起动及调压节能，节省的只是电动机自身损耗的一部分，节能效益与其投资不成比例，而其产生的大量谐波，对电网及电机均有影响，因此不宜推广。

5）高转差率多极电机拖动系统，节能效果明显，且能适应油井调参要求，软的机械特性对延长抽油机寿命有利，是很受油田欢迎的电气拖动装置。

6）变频调速系统，使抽油机动态适应油井负荷变化，也可方便地进行调参。配以流量、载荷等传感器，可实现最经济的控制。同时其软起动性能好，对延长抽油机寿命，减少维护费用有利。节能效果最好，能耗基本上与转速成正比，只要降速，肯定节能。是抽油机节能电控装置的发展方向。随着电力电子技术的发展，其价格将进一步降低，而性能将进一步提高。

抽油机节能篇7

在实际开采作业过程中，抽油机受油井的井深、油质、杂质、含沙量、含水量等诸多客观因素的影响，须调整作业冲次、冲程，甚至更换电机、改变电机的功率；同时，由于油田所处地理位置、纬度的不同，以及所处地区的气候等自然因素，也会对开采作业产生影响，要求抽油机根据实际工况进行相应的速度调整。

鉴于以上所述油田抽油机的技术要求以及使用的社会效益，抽油机对电机控制系统的基本要求是：

大范围的、稳定可靠的无级调速；

具有比较显著的节电效果。

一、IMS系列油田抽油机伺服调速节能控制柜

IMS系列伺服控制器是时光科技有限公司研制、开发的拥有自主知识产权的交流异步电机伺服控制器。其控制对象是普通的三相交流异步电机，控制精度达到同步伺服电机的控制水平。IMS系列伺服控制器调速范围广，定位精度高，低速转矩大，软件功能完善。字串5

针对油田工作的实际需求，时光公司研制了IMS系列油田抽油机伺服调速节能控制柜。此伺服控制柜结合抽油机的运行工况和油井的实际情况，及时地、自动地调整电机的运行速度、加速度、扭矩等参数，使原有拖动电机在高效、节能状态进行工作。

通过在中原、胜利、辽河油田的实际应用，证明了IMS系列油田抽油机伺服调速节能控制柜可以简便而安全的进行调速操作，大大降低了现场操作人员的工作强度，提高了生产效率，并取得了明显的节能效果。

（一）IMS伺服控制柜的构成

IMS系列油田抽油机伺服调速节能控制柜构成情况如下图所示：

图IMS系列油田抽油机伺服调速节能控制柜构成图

（二）IMS伺服控制柜的特点

IMS系列油田抽油机伺服调速节能控制柜具有如下特点：

1、交-直-交的主电路

IMS伺服控制柜先将输入的三相50Hz交流电变为直流，再逆变为频率、电压有效值可调的三相交流电供给拖动电机。字串4

2、大范围的速度控制

IMS系列伺服控制柜采用伺服控制，可准确、大范围地控制电机的转速，速度控制范围为0-1500r.p.m，速度控制精度为0.3r.p.m。

3、三倍额定转矩的过载能力

IMS系列伺服控制柜在零至额定转速范围内具有恒转矩输出特性，并具有3倍额定转矩的过载能力。因此，在很低的转速下，电机也可输出额定转矩并具有300%的过载能力。

4、低速大转矩的控制特性

IMS系列伺服控制柜在抽油机电机启动的过程中，可以驱动电机输出足够的转矩。从而在转速从0上升到设定值过程中，使电流平稳，实现了真正的“软启动”。

5、下慢上快的速度控制

IMS系列伺服控制柜通过速度与转矩的可解耦以及独立控制，实现了对抽油冲程下慢上快的速度控制。

6、具有内部软PLC功能，可对转矩进行检测和控制。

（三）IMS伺服控制柜的优势

根据IMS系列伺服控制柜的设计原理、控制特点以及应用实例的分析，油田抽油机配备IMS系列伺服调速节能控制柜，具有如下优势：字串7

1、调速操作简便

由于IMS系列伺服调速节能控制柜具有大范围、连续调速的特点，只需调

整一个旋钮即可实现连续、稳定的调速功能，满足抽油机调整冲次的要求。对于现场操作人员而言，操作极为简便。

2、降

低作业强度

使用IMS系列节能伺服控制柜调速操作简便，无需在作业过程中更改抽油机及配套设备的机械结构，大大降低了现场工人的作业强度。

3、提高生产效率

使用IMS系列节能伺服控制柜，在作业过程中无需停机进行调整；控制柜具有的抽油冲程下慢上快的速度控制，提高了抽油机的出油量。这些因素，均提高了抽油机的生产效率。

4、节能效果显著

根据实际应用统计数据计算，IMS系列节能伺服控制柜具有显著的节能效

果。相对而言，对于高产油井即抽油机负载越大、冲次频率越低，节电效果越明显：当抽油机冲次频率低于2.5次/分，节电率高达75%以上。针对负荷较轻的油井，可根据IMS系列节能伺服控制柜具有的软启动功能，采用以较小功率的电机取代原有电机的解决方案，同样可以取得较为显著的节能效果。

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二、结论

IMS系列油田伺服调速节能控制柜正是顺应油田抽油机对电机控制系统的基本要求而研制生产的，弥补了目前普遍采用的抽油机调速方案存在的缺陷,实现了：

大范围的连续调速，且在零至额定转速之间保持恒力矩以及短时三倍的额定转矩的负载能力；

抽油机节能篇8

引言

在胜利油田各采油厂，电机是原油生产的主要动力，被广泛应用在油田生产生活的各个领域，机械采油、注水、油气集输三大系统的电力驱动装备几乎是电机，可以电机是油田的主要用电设备，占总耗电量的80%。然而，在生产实际中，由于管理技术水平等问题，很多电机处于轻载、低效、高耗能的运行状态，电能浪费严重。因此，电机节能降耗是油田节电降耗、降低开采成本的主要探索方向。

1 电机高耗低效运行的原因

胜利油田使用电机的机采系统、输油（气）系统、注水系统、水泵系统，其电机的运行状况均不乐观，离经济运行有一定的差距，造成电机效率低下，能耗过大。其原因主要有以下几个方面：

1.1老旧电机数量仍然较多

部分电机使用时间过长，内部材料老化严重，有些电机的使用时间在20-30年以上；而另一部分电机制造工艺已属落后淘汰技术，各类技术性能参数远差于新型电机。无论是电机过旧还是制造工艺过时，均会造成电机运行负担加重，电机效率低下，电机损耗也远远高于新装或新型电机。

1.2电机匹配不当，运行设置不科学

机械设备与电机配套不合理，包括形式选用不合理、容量选用不合理、转矩和转速选用，不合理等现象比较普遍，而机动设备的用户也由于对设备的选用不合理，运行方式不合理，造成大量的电机处于低效率运行状态。很多电机在选配时没有认真规划，导致真正投入使用后电机额定功率对匹配功率过大（大马拉小车）或过小（小马拉大车）的问题。其中“大马拉小车”使电机多损耗了一部分空载损耗；而“小马拉大车”则使电机超负荷运行，电机负担过重，电机温升过高，严重影响电机使用寿命。

1.3特殊工艺或生产发展需要是电机高耗低效运行的重要因素。

（1）采油系统。抽油机由于其特殊的运行要求，所匹配的电机必须同时满足最大冲程，最大冲次，最大允许挂重的三个要求，还须具有足够的堵转转矩，以克服抽油机启动时严重的静态不平衡。因此，往往抽油机在设计时确定的安装容量裕度较大。如6型抽油机配Y200L-6/18.5kW，10型抽油机配Y250M-6/30kW等，但实际功率却比额定功率要小的多。因此，在抽油机电机的选配上往往安装了容量较大的电机，增加了电机的空载损耗；而抽油机的特殊的负荷变化，使得电机的无用功增加，这都使采油系统和电机的效率较低。

（2）泵类。鉴于油田对输油注水站点扩容的考虑，有时在泵及电机的选配上采取以大带小的方法，以满足以后发展的需要，但很多站点输油量或注水量较小或不断萎缩，造成原来的泵机组配置过大，即严重的“大马拉小车”，且这种状况更多的时候不能立即更变，造成较为严重的电能损失。

2 电机节能测试实验

为了研究电机节能潜力，特对油田中电机使用最广泛的抽油机电机和泵类电机进行了节能测试实验。

2.1抽油机电机节能实验

对孤东油田2-13-14井的电机进行了测试，实验主要是通过更换电机（改变电机额定功率大小）来论证节电潜力。

监测发现，在2-13-14井上将Y160 M-6（7.5 kW）电机更换为Y112 M-4B5（4 kW）后，额定功率虽然降低3.5kW，但保证了正常的生产需要，且抽油系统效率略有升高，平衡度保持在80%-110％之间，有功功率从2.39 kW降低到1.45 kW，平均有功节电率达到了36.08%。

通过该实验说明：对抽油机等负载不平稳的系统，可根据电机的实际有功功率大小，选用或更换匹配的电机，降低额定功率，减小功率损失，提高电机电能利用率。

2.2泵类电机节能实验

对孤东联合站2#锅炉房的4#水泵电机进行测试实验，方法是对电机在安装变频装置前后的功率变化情况（有功节电率）进行测算，进而论证变频器对电机的影响。水泵电机控制柜安装了变频器后，可根据生产需要自由调节频率，进而改变泵流量和有功功率，为了方便说明问题，我们可以采集多个频率点进行对比，测算节电率，监测中选取工频（50 Hz）和47 Hz两个频率点。通过监测，频率在47 Hz时，有功功率比工频（50 Hz）时减小4.56 kW，功率因数提高0.0917，有功节电率达到了14.29%。

通过该实验说明：安装变频装置后，不仅可以自由设置频率，即电机以不同的转速运行，从而达到需要的生产参数（如流量），方便生产中灵活调配，而且还可以在保证生产要求的前提下，提高功率因数，降低有功，减少不必要的损耗，是电机节能的有效途径。

3 抽油机电机节能措施

电机降低损耗主要从恒定损耗（铁耗和机械损耗）、铜耗及杂散损耗这三个方面人手，实际中的各种措施也是以减少这三种损耗中一个或多个为本质的方法，具体的应用中则主要有以下几种措施：

3.1选用高效节能型电机或专用电机，淘汰老旧落后电机

高效节能型电机的电机损耗仅是传统落后电机的几分之一，但电机效率却明显高于同状态下一般电机，是老旧落后电机更替的首选。

（1）永磁同步电机。抽油机上使用的永磁同步电机是一种异步启动的同步电机，由转子交流启动后牵入同步运行，类似于交流同步电机。其运行是靠定子绕圈在气隙中产生的旋转磁场与转子上磁钢间的相互吸引，使转子与定子气隙磁场同步旋转而做功。其转子等效电阻电路，故功率因数高，因无磁励电流，其空载损耗小。电机效率可达96％左右，较三相异步电机高。

（2）直流电机。直流电机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。此外，直流电动机还有起动转矩大、效率高、调速方便、动态特性好等特点。

（3）其他专用电机。对有特殊工艺要求的设备，其对电机某一方面性能的要求不同，应结合具体情况具体装配，尽量减少因普通电机为弥补专用电机性能而造成额外电机电耗。

3.2正确匹配电机功率

在选择电机时应注意以下两点：（1）如果电机功率选得过小，就会出现“小马拉大车”现象，造成电机长期过载，使其绝缘因发热而损坏，甚至电机被烧毁。（2）如果电机功率选得过大，就会出现“大马拉小车”现象。其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利，而且还会造成电能浪费。

要正确选择电动机的功率，必须经过以下计算或比较：（1）对于恒定负载连续工作方式，所选电机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。（2）短时工作定额的电机，与功率相同的连续工作定额的电机相比，最大转矩大，重量小，价格低。因此，在条件许可时，应尽量选用短时工作定额的电机。（3）对于断续工作定额的电机，其功率的选择要根据负载持续率的大小，选用专门用于断续运行方式的电机。此外，也可用类比法来选择电动机的功率。所谓类比法。就是与类似生产系统所用电机的功率进行对比。

具体做法是：了解本单位或附近其他单位的类似生产系统使用多大功率的电机，然后选用相近功率的电机进行试车。验证所选电机与生产机械是否匹配。验证的方法是：使电机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电机的工作电流，将测得的电流与该电机铭牌上标出的额定电流进行对比。如果电机的实际工作电流与铭牌上标出的额定电流上下相差不大，则表明所选电机的功率合适。

如果电机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70％左右，则表明电机的功率选得过大（即“大马拉小车”）应调换功率较小的电机。如果测得的电机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40%以上，则表明电机的功率选得过小（即“小马拉大车”，应调换功率较大的电机。

3.3针对不同系统，合理调整系统参数，科学维护，加强管理节能

电机的日常维护也是决定电机是否高效低耗经济运行的重要因素，要按照系统参数设置的要求，定期检查电机运转情况，优化管理和维护。避免电机长时间超负荷、高温运行，对电机效率过低、不能经济运行的电机要及时进行原因监测分析，调整负载状态，尽可能地保持电机长时间处于经济运行状态。

对运行的各个系统，进行正确的参数设置，监控电机与终端装置的匹配状况，避免“大马拉小车”和“小马拉大车”现象，让电机始终保持在经济运行位置。

（1）机采系统。采油系统具有电机启动电流大，运行功率远低于电机额定功率，负荷时刻变化，有上下两个临界点，这些特点要求定期使用嵌型电流表等简易仪器测试抽油机上下冲程最大电流，调整平衡度，使抽油机平衡度保持在80%-110%，将电机的无用功降低到最小。此外，对日产液量太小的油井，采取间开的方法，既可以聚积采油能量提高采油效率，又可节约间歇停井时的电量，如一天平均停井12小时，相应的可节省50％的电费。

2008年6月，孤东采油厂选择了60口抽油机井进行电机中间轴改造，在不影响液量和原油正常生产的情况下，单井平均冲次降低1.8次／分，单井平均输入功率下降2.49千瓦，单井日节电59.5千瓦时，系统效率提高5.05％，综合节电率达29.8％。该技术的应用不仅解决了供液不足、动液面低、产能低的抽油机井运行能耗大的问题，而且解决了抽油机井其动力矩大与运行功率小之间的矛盾，避免了抽油机不必要的高速运行导致的能耗大、减速箱磨损快等问题。

（2）泵系统。无论是输油泵、注水泵或循环水泵，均要监控压力值，推算或测量流量变化，分析生产需求与泵、电机的生产能力的匹配情况。对严重大材小用的泵、电机，可考虑更换较小容量，或对电机进行调速，降低有功功率；对严重不能满足生产的可以增加泵数量或更换大容量泵和电机。

3.4使用软启动、变频调速装置或安装节电装置

通常感应电动机采用直接启动或一般启动的方法，电机的全压起动电流为额定电流的5-7倍，不仅损耗大，对电网冲击也大，机械磨损，振漏大。如果用变频调速启动，可以将起动电流限制到很小，即使是满载起动，也只比额定电流稍大就可以了，损耗大大降低，既不冲击电网，又不冲击机械。

4 结束语

目前使用较多的电机是交流电机，约占各类电机总数的85％以上，它具有结构简单、价廉、不需维护等优点，但它的弱点是调速困难，因而在许多应用场合受到限制或借助机械方式来实现调速。使用变频器调速信号传递快、控制系统时滞小、反应灵敏、调节系统控制精度高、使用方便、有利于提高产量、保证质量、降低生产成本，因而使用变频器是企业节能降耗的首选产品。

变频器就负载类型而言主要有两方面的典型应用：（1）以改进工艺为主要目的，确保工艺过程中的最佳转速、不同负载下的最佳转速以及准确定位等。以其优良的调速性能，提高生产率、提高产品质量、提高舒适性，使设备合理化，适应或改善环境等。（2）以节能为主要目的，以流量或压力需要调节的风机、泵类机械的转速控制来实现节能，改造效果非常显著。

随着节能节电技术的不断发展，针对电机节电的各类节电装置也不断涌现，其主要原理是通过各种不同手段动态调节电机运行状态过程中的电压电流，在保证电机转速的前提下，保持电机的输出转矩与负载的精确匹配，有效地减少有功功率和无功功率损耗，也相应减少了磁损耗，同时使电机的功率因数提高。一般情况下综合节电率在15％以上。

参考文献:

[1]杨明义．《电能利用率与电能平衡》．中国农业机械出版社，1983.4.

[2]国家质量技术监督局．GB755-2000.旋转电机定额和性能．北京：中国标准出版社，2000.

[3]国家发展和改革委员会．SY/75264-2006.油田生产系统能耗测试和计算方法．北京：石油工业出版社，2006.

[4]中国石油天然气总公司．SY/T6275-1997．石油企业节能监测综合评价方法，北京：石油工业出版社，1997.

[5]国家石油和化学工业局，SY/T6422-1999.石油企业节能产品节能效果测定．北京：石油工业出版社，1999.

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