抽油機(jī)地面效率影響因素分析

李慶國(guó) （大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

抽油機(jī)地面效率影響因素分析

李慶國(guó) （大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

抽油機(jī)是油田主要耗能設(shè)備，因其結(jié)構(gòu)可靠被廣泛應(yīng)用，約占機(jī)采設(shè)備的65%。目前油田常用抽油機(jī)類(lèi)型主要為常規(guī)游梁式抽油機(jī)，對(duì)于游梁式抽油機(jī)的地面部分，影響地面效率的因素主要分為三類(lèi)：一類(lèi)為電氣部分，即變壓器和電動(dòng)機(jī)；第二類(lèi)為傳動(dòng)部分，主要為皮帶、減速箱；第三類(lèi)為平衡部分，主要是平衡塊的調(diào)節(jié)。根據(jù)變壓器及電動(dòng)機(jī)的效率曲線，合成電氣系統(tǒng)的合理運(yùn)行區(qū)間為負(fù)載率在30%以上；分析皮帶、減速箱的運(yùn)行特性，給出皮帶調(diào)節(jié)的合理范圍撓度在1.7 cm左右；給出了平衡度的合理調(diào)節(jié)范圍在93%～97%之間。分析抽油機(jī)地面效率影響因素及采取相應(yīng)的對(duì)策，這有利于節(jié)能減排，減少生產(chǎn)成本，并對(duì)油田實(shí)際生產(chǎn)有相當(dāng)重要的現(xiàn)實(shí)意義。

抽油機(jī)；地面效率；影響因素；對(duì)策

游梁式抽油機(jī)是一種后置式的四連桿結(jié)構(gòu)，由于本身結(jié)構(gòu)上的不合理，導(dǎo)致平衡效果差，載荷低，能耗高[1-2]，效率低。抽油機(jī)系統(tǒng)效率分為地面效率與井下效率兩部分。影響地面效率的因素主要分為三類(lèi)：一類(lèi)為電氣部分，即變壓器、配電箱及電動(dòng)機(jī)；第二類(lèi)為傳動(dòng)部分，主要為皮帶、減速箱；第三類(lèi)為平衡部分，主要是平衡塊的調(diào)節(jié)。只有對(duì)地面效率進(jìn)行分解分析，才能夠使游梁式抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行。通過(guò)對(duì)抽油機(jī)地面效率影響因素的分析及對(duì)策的研究，不僅有利于節(jié)能減排減少生產(chǎn)成本，而且促使油田生產(chǎn)能力進(jìn)一步提高。

1 電氣部分

游梁式抽油機(jī)電氣部分主要為變壓器、電動(dòng)機(jī)，而不同變壓器、電動(dòng)機(jī)的效率也各不相同。圖1是Y2系列電動(dòng)機(jī)37 kW異步電動(dòng)機(jī)，及其配套容量為50 kVA的S11變壓器的效率、損耗、功率因數(shù)隨負(fù)載率變化曲線。

如圖1所示，變壓器效率隨負(fù)載率升高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，空載損耗不隨負(fù)載率變化而變化恒定不變，負(fù)載損耗與負(fù)載率平方成正比。

電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載內(nèi)，效率與功率因數(shù)隨著電動(dòng)機(jī)負(fù)載率的增加而增加，負(fù)載率越低增加幅度越明顯。

圖1 變壓器、電動(dòng)機(jī)效率與負(fù)載率關(guān)系曲線

圖2 變壓器、電動(dòng)機(jī)合成效率與負(fù)載率關(guān)系曲線

變壓器、電動(dòng)機(jī)作為抽油機(jī)井常用電氣設(shè)備，是否合理匹配對(duì)現(xiàn)場(chǎng)抽油機(jī)電氣部分效率影響較大，如圖2所示。以現(xiàn)場(chǎng)常用變壓器、電動(dòng)機(jī)匹配（變壓器50 kVA，電動(dòng)機(jī)37 kW）計(jì)算，整體電氣系統(tǒng)合成效率在電動(dòng)機(jī)負(fù)載率為80%左右時(shí)最高。目前現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載率平均約為20%，合成效率為62.45%。其中，變壓器效率為72.5%，電動(dòng)機(jī)效率為86.12%。變壓器與電動(dòng)機(jī)的合理匹配，還需要考慮電動(dòng)機(jī)的安全規(guī)范及其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法直接測(cè)量電動(dòng)機(jī)輸出功率，只能給出電動(dòng)機(jī)功率利用率，表1為某臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)功率利用率與電動(dòng)機(jī)負(fù)載率對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表1 異步電動(dòng)機(jī)功率利用率與電動(dòng)機(jī)負(fù)載率對(duì)應(yīng)

如表1所示，電動(dòng)機(jī)功率利用率為電動(dòng)機(jī)輸入功率額定功率的比值，電動(dòng)機(jī)負(fù)載率為電動(dòng)機(jī)輸出功率與與額定功率的比值，所以功率利用率大于負(fù)載率。如某采油廠電動(dòng)機(jī)功率利用率平均為26.41%，可以估算出負(fù)載率平均在20%左右，在保證安全生產(chǎn)的前提下，節(jié)能潛力較大。針對(duì)負(fù)載特點(diǎn)進(jìn)行合理的電動(dòng)機(jī)匹配，真正有節(jié)能效果的控制箱是抽油機(jī)井拖動(dòng)部分提高運(yùn)行效率的主要手段。

2 傳動(dòng)部分

游梁式抽油機(jī)傳動(dòng)部分主要為皮帶、減速箱。皮帶的傳動(dòng)損失主要是彎曲損失和彈性滑動(dòng)損失，可以提高皮帶的預(yù)緊力來(lái)減少皮帶的傳動(dòng)損失，但要考慮到皮帶的使用壽命，不能一味拉緊。表2為皮帶松緊度對(duì)抽油機(jī)系統(tǒng)效率的影響。

表2 皮帶松緊度對(duì)抽油機(jī)系統(tǒng)效率影響

普通減速箱為滑動(dòng)軸承與人字齒輪的的復(fù)合結(jié)構(gòu)，需要定期保養(yǎng)換油，抽油機(jī)負(fù)載率對(duì)其傳動(dòng)效率影響不大。

3 平衡部分

平衡度是生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要日常管理指標(biāo)。抽油機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中懸點(diǎn)承受的是不對(duì)稱的脈動(dòng)載荷，因此會(huì)造成電動(dòng)機(jī)負(fù)載率不均衡。1個(gè)周期內(nèi)某一時(shí)刻電動(dòng)機(jī)負(fù)載率較高，而另一時(shí)刻做負(fù)功，即平衡塊下落的速度快于電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的速度，這也是要極力避免的。

圖3 喇6-3466、喇7-2701井平衡度與日耗電關(guān)系曲線

如圖3所示，通過(guò)回歸分析得出，隨平衡率的變化，單井耗電量呈開(kāi)口向上的拋物線規(guī)律變化，曲線的最低點(diǎn)即日耗電最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡率，范圍在93%～97%之間。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)以上的分析可以看出，通過(guò)合理匹配變壓器、電動(dòng)機(jī)或調(diào)節(jié)工作制來(lái)提高電氣部分效率，通過(guò)及時(shí)調(diào)節(jié)皮帶的松緊度及定時(shí)保養(yǎng)減速箱來(lái)提高傳動(dòng)部分效率，通過(guò)根據(jù)抽油機(jī)載荷及時(shí)調(diào)整平衡度來(lái)提高系統(tǒng)效率等一系列措施，是對(duì)抽油機(jī)日常管理工作的首要要求，也是提高系統(tǒng)效率的有效手段。

[1]駱華峰，欒慶德.游梁式抽油機(jī)實(shí)體建模及仿真分析[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008,37（12）：22-24.

[2]張曉東，賈國(guó)超.關(guān)于我國(guó)抽油機(jī)發(fā)展的幾點(diǎn)思考[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008,37（1）：24-27.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2016.08.004

2016-06-22

（編輯 李珊梅）

李慶國(guó)，工程師，2003年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院（建筑環(huán)境與設(shè)備工程專(zhuān)業(yè)），E-mail：983973086@qq.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西潭路，163000。