游梁式抽油機井節(jié)能潛力的探討

韓杰（大慶油田采油工程研究院）

常規(guī)游梁式抽油機的使用已有100多年的歷史，因具有結構簡單、經(jīng)久耐用、使用操作及維護方便、技術上成熟可靠等優(yōu)點，而廣泛應用于油田生產(chǎn)中。

目前大慶油田共有機采井58000多口，其中抽油機井43000多口，占機采井總數(shù)的75%左右，常規(guī)游梁式抽油機井（CY J 和CY JY 序列）又占抽油機井的80%上下。因此開展常規(guī)游梁式抽油機井節(jié)能挖潛工作，對機采井的節(jié)能降耗會起到舉足輕重的作用。

1 游梁式抽油機井效率分析

1.1 理想狀態(tài)下抽油機井分效率

游梁式抽油機系統(tǒng)在運行過程中，能量的傳遞和轉換都有損失存在，主要有：電動機損失、帶傳動損失、減速箱損失、換向損失、盤根盒損失、抽油桿損失、抽油泵損失、抽油管柱損失等8部分，在理想狀態(tài)下，游梁式抽油機系統(tǒng)各運動環(huán)節(jié)傳動效率變化情況見表l，理想狀態(tài)是指有桿抽油系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)均在高效率下運動行態(tài)[1]。

表1 理想狀態(tài)下游梁式抽油機系統(tǒng)各運動環(huán)節(jié)傳動效率

1.2 標準井分效率測試試驗

1.2.1 測試工況

常規(guī)游梁式抽油機CY J10-3-37H B，泵深1000m，Φ70 mm柱塞泵，Φ25 mm抽油桿， Φ76 mm油管，沖程2.1 m和3m，沖速4 min-1和6min-1，試驗介質：清水。

1.2.2 測試結果

通過部分工況下標準井測試，得到了常規(guī)游梁式抽油機不同懸點載荷利用率下的各環(huán)節(jié)分效率及系統(tǒng)效率，并與理想效率進行了對比，見圖1~圖3。

2 游梁式抽油機井節(jié)能潛力分析

由圖1~圖3可以看出：電動機效率在抽油機載荷利用率70%以下時才有一定的效率提升空間；皮帶效率距理想值有一定差距，但由于皮帶彈性較大，要想提高帶傳動部分效率很難操作；減速箱效率距理想值有一定差距，但減速箱主要是軸承和齒輪的摩擦損失，核心問題是潤滑，在管理和維護措施得當?shù)臈l件下，減速箱效率提高潛力不大；四連桿效率在載荷利用率超過45%后已超過理想值，基本沒有提高潛力；井下效率與理想值相比提高潛力較大，而且比較容易操作。因此，常規(guī)游梁式抽油機節(jié)能潛力比較大且容易操作的環(huán)節(jié)就是電動機和井下部分。

3 游梁式抽油機井主要節(jié)能方式分析

3.1 抽油機節(jié)能技術發(fā)展歷程

常規(guī)游梁式抽油機節(jié)能技術發(fā)展歷程是節(jié)能抽油機（包括游梁式和無游梁式）、節(jié)能電控箱、節(jié)能電動機以及超越離合器和減速輪等等，近兩年出現(xiàn)了抽油機優(yōu)化運行技術，而且應用效果比較明顯。

3.2 抽油機節(jié)能技術基本原理分析

游梁式抽油機、節(jié)能電控箱、節(jié)能電動機以及超越離合器和減速輪等節(jié)能技術是在基本不改變原系統(tǒng)條件下，系統(tǒng)運行軌跡與常規(guī)機基本相同，在一定程度上降低了功率、電流和扭矩峰值，但降低幅度很小。

圖1 常規(guī)10型抽油機地面環(huán)節(jié)分效率實測值與理想值

圖2 常規(guī)10型抽油機地面和井下分效率實測值與理想值對比

圖3 常規(guī)10型抽油機系統(tǒng)效率實測值與理想值對比

無游梁節(jié)能抽油機完全改變了抽油機機械結構和系統(tǒng)運行軌跡，可以大幅度降低扭矩峰值，但目前無法達到規(guī)模應用。

抽油機優(yōu)化運行技術是完全不改變抽油機機械結構，是根據(jù)負載的變化實時調節(jié)電動機的轉速、轉矩、輸出功率等，動態(tài)改變系統(tǒng)運行軌跡，抑制慣性載荷，降低扭矩峰值，使驅動系統(tǒng)的能量輸出趨于均衡化，最終達到提高系統(tǒng)效率的目的，具有良好的應用前景。

圖4 常規(guī)10型機應用優(yōu)化運行技術前后實測功率和電流曲線對比

4 抽油機優(yōu)化運行技術試驗效果

在標準井同等工況條件下，利用日置3169功率測試儀，測試了采用優(yōu)化技術前后電動機的輸入功率和電流變化曲線，見圖4。測試表明：優(yōu)化前峰值電流75.37A ，峰值功率38.52kW ，優(yōu)化后峰值電流16.68A ，峰值功率7.49kW ，優(yōu)化后峰值電流降低了77.87%，峰值功率降低了80.55%。

5 認識和建議

1）抽油機優(yōu)化運行技術可以有效降低電動機功率峰值，從而可以降低電動機裝機功率。

2）從節(jié)能降資角度出發(fā)，優(yōu)化運行技術的成本低、結構簡單、便于控制的常規(guī)游梁式抽油機和造價低、結構簡單、維護方便、經(jīng)久耐用的普通Y系列電動機匹配為最佳，從而也避免了抽油機結構和電動機結構改變給控制帶來不必要的麻煩。

3）通過對目前各種節(jié)能技術的對比分析，不難看出，游梁式抽油機要想從根本上系統(tǒng)化解決“大馬拉小車”導致能耗高的問題，一是徹底改變游梁式抽油機結構為無游梁抽油機，但目前技術成熟度不夠，規(guī)?；瘧么嬖诶щy；二是把優(yōu)化運行動態(tài)控制技術與游梁式抽油機固有的運動和動力特性有機結合起來，解決全系統(tǒng)合理運行問題。

[1]王玉普,劉合.有桿抽油系統(tǒng)的經(jīng)濟運行[J].大慶石油地質與開發(fā),2003,22(1):38-39.