油田常用節(jié)能抽油機分析及應(yīng)用

朱文廣 （大慶油田水務(wù)公司）

油田常用節(jié)能抽油機分析及應(yīng)用

朱文廣 （大慶油田水務(wù)公司）

抽油機是油田主要耗能設(shè)備，因其結(jié)構(gòu)可靠被廣泛應(yīng)用，約占機采設(shè)備的65%。目前油田常用抽油機類型主要有常規(guī)游梁式抽油機、塔架式抽油機、偏置游梁式抽油機和矮型異相曲柄平衡抽油機。抽油機選型主要是參考抽油機的額定載荷，但由于油田井下情況復(fù)雜，為了適應(yīng)油田生產(chǎn)的需要，選型還要參考抽油機的結(jié)構(gòu)特點和節(jié)能效果。經(jīng)過對比試驗，塔架式抽油機節(jié)電效果最好，有功節(jié)電率為29.88%；異相型復(fù)合平衡抽油機有功節(jié)電率為9.33%；矮型異相曲柄平衡抽油機適用于負荷低的井，有功節(jié)電率為15.60%。對于稠油開采建議采用長沖程、低沖速的塔架式抽油機，對于稀油且產(chǎn)液量小的井建議用矮型異相曲柄平衡抽油機，異相型復(fù)合平衡抽油機易由普通游梁式抽油機改造而成，適合井況變化不大的抽油機節(jié)能改造。

油田；節(jié)能；塔架式抽油機；異相型復(fù)合平衡抽油機；矮型異相曲柄抽油機

常規(guī)游梁式抽油機是一種后置式的四連桿結(jié)構(gòu)，是新型游梁式抽油機的原型，但由于本身結(jié)構(gòu)上的不合理，使得不能解決平衡效果差，載荷低，能耗高等缺點[1-2]。同時，常規(guī)游梁式抽油機的懸點載荷為周期性變化，懸點載荷在減速器曲柄軸上的轉(zhuǎn)矩曲線與曲柄的正弦曲線差不很大，疊加出來的載荷波動很大，為了滿足載荷峰值的要求，必須配備功率較大的電動機來提供較大的余度。常規(guī)游梁式抽油機雖然可靠性高但效率低，平均只有10%～30%，系統(tǒng)效率低導(dǎo)致能耗大。相比其他技改方式，抽油機技改是技能效果最好的一種節(jié)能方式，目前常用節(jié)能型抽油機大體可分為矮型異相曲柄平衡抽油機、異相型復(fù)合平衡抽油機（包括下偏杠鈴）、塔架式抽油機3種，下文對其結(jié)構(gòu)特點、節(jié)能效果進行分析最后確定適用范圍。

1 矮型異相曲柄平衡抽油機

1.1結(jié)構(gòu)特點

矮型機游梁擺角約達90°，使游梁與驢頭為一體。四連桿機構(gòu)運動特點是上沖程運行時間長（曲柄轉(zhuǎn)角為190°），下沖程運行時間短（曲柄轉(zhuǎn)角為170°）。平衡重臂偏置曲柄某一最佳相位角，使電動機功率周期變化平緩。

1.2節(jié)能效果

在大慶油田生產(chǎn)井上與CYJ6-2.5-26HB對比，結(jié)果如下：

平均系統(tǒng)效率提高2.31百分點，有功節(jié)電率15.60%，無功節(jié)電率37.11%，綜合節(jié)電率18.07%。

1.3適用范圍

與6型常規(guī)抽油機相同，由于其最大沖程只有2.5 m，其理論排量受到限制，所以只能用于產(chǎn)量較低的井上。同時，由于該機具有上沖程慢、下沖程快的運動特性，在稠油井上要慎用，以免出現(xiàn)抽油桿下行滯后現(xiàn)象。

2 異相型復(fù)合平衡抽油機

2.1結(jié)構(gòu)特點

普通抽油機的曲柄中心線與平衡裝置的中心線重合，而異相抽油機的曲柄中心線與平衡裝置的中心線有一個相位角。同時，曲柄中心軸承與游梁、連桿的連結(jié)銷不在一條垂直線上，這樣的改進使曲柄上沖程時的轉(zhuǎn)角大于190°，下沖程小于170°，從而降低了上沖程時的加速度，降低了上沖程時懸點的慣性載荷，以達到節(jié)能效果。復(fù)合平衡方式可降低曲柄軸峰值轉(zhuǎn)矩，在一定程度上可起到減少能耗的作用。用復(fù)合平衡的方式可在一定程度上改善抽油機在大負荷下的轉(zhuǎn)矩特性。下偏杠鈴是通過參數(shù)優(yōu)化得到的一個復(fù)合平衡抽油機的“升級版”，所以一起考慮。

2.2節(jié)能效果

生產(chǎn)井上與CYJ10-3-37HB對比：平均系統(tǒng)效率提高4百分點，有功節(jié)電率18.88%，無功節(jié)電率41.00%，綜合節(jié)電率21.62%。

標準井上：平均系統(tǒng)效率也提高了4百分點，有功節(jié)電率9.33%，無功節(jié)電率21.89%，綜合節(jié)電率10.10%。

2.3適用范圍

該機適合于中低黏度原油和高含水期開采。因為常規(guī)抽油機依然占據(jù)著油田抽油機的最大比重，考慮到油田生產(chǎn)實際和生產(chǎn)成本等原因，舊抽油機改造是一條很好的節(jié)約能源、節(jié)約成本的好方法，而改造為復(fù)合平衡或下偏杠鈴，對老機型改造少、容易實施。

3 塔架式抽油機

3.1結(jié)構(gòu)特點

長沖程抽油機具有高采油效率，增加原油產(chǎn)量；提高抽油桿和抽油泵的使用壽命；排量穩(wěn)定，動載荷?。怀橛蜋C平衡效果較好。

3.2節(jié)能效果

生產(chǎn)井上與CYJY14-6-89HF對比：平均系統(tǒng)效率提高6.75百分點，有功節(jié)電率27.95%，無功節(jié)電率71.18%，綜合節(jié)電率33.69%。

標準井上：平均系統(tǒng)效率提高16.6百分點，有功節(jié)電率29.88%，無功節(jié)電率58.3%，綜合節(jié)電率31.43%。

塔架式抽油機生產(chǎn)井上節(jié)能效果優(yōu)于標準井，原因為標準井泵較淺，而且使用水為循環(huán)介質(zhì)，與深井、稠油井相比沒有完全發(fā)揮出塔架式抽油機長沖程、低沖速能夠減少沖程損失，增加泵充滿度的優(yōu)勢。

3.3適用范圍

排量大，參數(shù)調(diào)節(jié)方便，適用于高產(chǎn)井和產(chǎn)量波動大的井。同時也適用于深井、稠油熱采井、大泵深抽，其長沖程、低沖速特性使泵筒充滿系數(shù)高，可以消除氣鎖，防止結(jié)蠟。但有的抽油機吊繩承載后，易造成破股損壞，而且更換比較困難。

4 效果對比

下面分析在不同負荷條件下不同類型抽油機的節(jié)能效果，選擇在標準井上利用調(diào)節(jié)動液面來模擬不同負荷，分別選取300、600、800 m動液面來進行試驗，從而得出不同負載下的不同抽油機的有功節(jié)電率（圖1）。

圖1 抽油機不同負荷（動液面深度）下有功節(jié)電率對比

由圖1可知：

1） 有功節(jié)電率隨著負荷的增加而下降。主要原因是在輕載時，電動機功率余量充足即負載率很小，所以節(jié)能效果好。隨著負荷的增加，余量減少，節(jié)電率就會減少。因為電動機的負載率為電動機的輸出功率與額定功率的比值，而普通異步電動機的輸出功率與輸出轉(zhuǎn)矩成正比。根據(jù)Y系列異步電動機負載率與效率的關(guān)系曲線可知，負載率在35%以上時，效率能夠達到90%。

2） 塔架式抽油機節(jié)能效果明顯。首先是因為塔架式抽油機在生產(chǎn)過程中勻速運動，減少抽油機動載荷，無游梁、四連桿等機械結(jié)構(gòu)的能量損失；其次是塔架式抽油機采用開關(guān)磁阻電動機和伺服電動機，下行時耗電較少。

3） 下偏杠鈴節(jié)能效果好于異相式復(fù)合平衡抽油機，但相差不大。原因是下偏杠鈴節(jié)能是由異相式復(fù)合平衡抽油機發(fā)展改造而來的，所以節(jié)能效果相差不多；而下偏杠鈴的參數(shù)是根據(jù)標準井情況進行了優(yōu)化，所以效果好于異相式復(fù)合平衡抽油機。

[1]駱華峰，欒慶德.游梁式抽油機實體建模及仿真分析[J].石油礦場機械，2008,37（12）：22-24.

[2]張曉東，賈國超.關(guān)于我國抽油機發(fā)展的幾點思考[J].石油礦場機械，2008,37（1）：24-27.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.04.012

2016-01-04

（編輯 李珊梅）

朱文廣，1996年畢業(yè)于東北農(nóng)業(yè)大學，從事節(jié)能管理工作，Email：zhuweng@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西潭路，163000。