試論游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)

黃兆丹 羅愛武 董飛飛 張清露

河南油田第一采油廠雙河采油管理區(qū) 河南南陽 474780

一、游梁式抽油機(jī)的工作原理和能耗分析

1.工作原理

游梁式抽油機(jī)的工作原理是動(dòng)力機(jī)經(jīng)由傳動(dòng)皮帶將高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到減速箱，做三軸減速，后由曲柄連桿將動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂瘟荷舷聰[動(dòng)的垂直運(yùn)動(dòng)，最后懸繩器通過抽油桿帶動(dòng)抽油泵柱塞上、下循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將原油汲取上來。

2.能耗分析

電動(dòng)機(jī)損耗：包含各種熱損失，摩擦損失以及材質(zhì)損失。電動(dòng)機(jī)功率越大，銅損越大，影響抽油機(jī)平衡。經(jīng)測(cè)算，多數(shù)抽油機(jī)僅能達(dá)到最佳狀態(tài)的六七成，具有巨大節(jié)能潛力。

傳動(dòng)損失：機(jī)械摩擦傳動(dòng)損耗與潤(rùn)滑條件和抽油機(jī)平衡有關(guān)。但目前使用的傳動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)效率高，在潤(rùn)滑條件好的狀態(tài)下節(jié)能空間有限。

減速箱損失：主要有減速箱的齒輪與軸承之間的摩擦造成。減少減速箱損失最關(guān)鍵在于潤(rùn)滑，潤(rùn)滑不足不僅會(huì)使能耗上升，還會(huì)加速齒輪跟軸承的磨損，縮短使用壽命。

換向及平衡損失：在換向結(jié)構(gòu)一定的條件下，能量損耗較小，運(yùn)行速率高，節(jié)能空間不大，而平衡方式的選擇不同，對(duì)扭矩曲線的峰值有重要影響。

二、游梁式抽油機(jī)的節(jié)能指標(biāo)和思路

1.節(jié)能衡量指標(biāo)

（1）電控技術(shù)水平

包含電動(dòng)機(jī)特性，負(fù)荷率，功率因素等指標(biāo)。目前游梁式電動(dòng)機(jī)主要通過改良電源頻率，機(jī)械性能來提高節(jié)能水平。

（2）光桿載荷

由抽油機(jī)本身的運(yùn)動(dòng)性能影響，可以通過改變抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)，以降低光桿最大載荷值，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

（3）曲柄軸凈扭矩

由抽油機(jī)的平衡性能影響，改善平衡性的主要方法是改變抽油機(jī)平衡方式，如由原來游梁，曲柄及復(fù)合平衡改為連桿，隨動(dòng)等新的平衡方式。

2.節(jié)能思路

（1）通過改進(jìn)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能

這種思路的重點(diǎn)在于完善抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)抽油機(jī)平衡方式來使曲柄軸凈扭矩曲線的形狀以及大小得到調(diào)節(jié)，獲得波動(dòng)更平穩(wěn)，負(fù)扭矩更小的理想效果，降低抽油機(jī)的周期載荷數(shù)，提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)作效率，達(dá)成節(jié)能目的。

（2）通過改變動(dòng)力機(jī)的工作特性來實(shí)現(xiàn)節(jié)能

目前游梁式抽油機(jī)所使用的動(dòng)力機(jī)大多數(shù)都是電動(dòng)機(jī)，使用高轉(zhuǎn)差率或者超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)從理論上有利于動(dòng)力機(jī)的節(jié)能。但根據(jù)文獻(xiàn)[1]的測(cè)算，雖然使用高轉(zhuǎn)差率和超高轉(zhuǎn)差率的電動(dòng)機(jī)減小了電流和功率曲線的平均值，但是高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的工作效率要低于常規(guī)使用的轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)，同時(shí)超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的高價(jià)也是阻礙此種節(jié)能方法推廣的因素。

（3）通過增加抽油機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來實(shí)現(xiàn)節(jié)能

此種節(jié)能思路旨在通過增肌抽油機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來發(fā)揮其動(dòng)能均衡的作用，降低電動(dòng)機(jī)所要承受的扭矩波動(dòng)量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。然而現(xiàn)今條件下，動(dòng)力機(jī)多數(shù)依然采用常規(guī)轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)，輸出轉(zhuǎn)速變化和抽油機(jī)的動(dòng)能變化都很小，所以單純依靠動(dòng)能的變化來均衡所承受扭矩的波動(dòng)，效果不是十分理想。

三、游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)

1.電動(dòng)機(jī)及曲柄

電動(dòng)機(jī)的改造是節(jié)能技術(shù)的重中之重，主要有以下四種改造方法：

（1）人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，柔性配合其負(fù)荷特性，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

（2）從設(shè)計(jì)上改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，（如使用高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)和超高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)）從而改善電動(dòng)機(jī)與機(jī)桿泵整個(gè)系統(tǒng)的配合，減少系統(tǒng)能耗。

（3）換用高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)，擴(kuò)大高效區(qū)范圍，提高電動(dòng)機(jī)效率，降低裝機(jī)功率，從而減少電動(dòng)機(jī)損失

（4）采用節(jié)能型抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)控制裝置（如可控硅調(diào)壓式節(jié)能控制器，變頻節(jié)能控制器等），對(duì)電動(dòng)機(jī)的電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和無功補(bǔ)償，降低網(wǎng)絡(luò)電能損失。

2.平衡方式

平衡對(duì)能量損失產(chǎn)生較大的影響，作為節(jié)能的重點(diǎn)，可采取多種形式，通過游梁偏置，調(diào)徑變矩下偏等平衡方式的合理運(yùn)用能夠在不同程度上降低扭矩曲線的峰值，減小曲線波動(dòng)。

3.傳動(dòng)皮帶

可推廣聯(lián)組傳動(dòng)皮帶各種的能量損失更小，動(dòng)力大，摩擦系數(shù)小，丟轉(zhuǎn)少，且能夠明顯減小帶輪的直徑與寬度，傳動(dòng)各種的能量損失更小。

4.抽油桿柱

對(duì)于井液黏度較大的油井，可以利用沖程長(zhǎng)，沖次低的工況降低抽油桿的運(yùn)動(dòng)速度，采用能降低井液黏度的措施，降低抽油桿柱和液柱之間的摩擦力，對(duì)于井筒坡度較大或者井筒彎曲程度較大的油井，可以將扶正器安裝在抽油桿上，以減少桿管之間的摩擦損耗。

5.抽油泵

選取合適柱塞泵筒之間的間隙，在不增加柱塞泵筒摩擦力的條件下，縮小液體漏失量，采用耐磨耐沖擊質(zhì)地堅(jiān)實(shí)，開關(guān)性能良好，水力損失小的閥球和閥座，降低抽油泵部分的能耗。

總結(jié)

本文從游梁式抽油機(jī)的工作原理，耗能分析和節(jié)能指標(biāo)出發(fā)，沿著改造思路尋求游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)，給出了節(jié)能建議。各油田可根據(jù)油井實(shí)際情況進(jìn)行抽油機(jī)節(jié)能改造提高負(fù)載率和功率因數(shù)，改善采油區(qū)電能緊張局面，減少開采成本，實(shí)現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展。

[1]張清林.抽油機(jī)的現(xiàn)狀、發(fā)展方向及其節(jié)能技術(shù)的探索[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008(2)：97—97．

[2]周封，胡洋，孫志剛.抽油機(jī)節(jié)能方法與變頻技術(shù)合理應(yīng)用研究[J].節(jié)能技術(shù)，2010，28(3)：218=221．

[3]王貴生.勝利油田節(jié)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].節(jié)能，2010(3)：53—56．