機(jī)械采油節(jié)能降耗技術(shù)與應(yīng)用探究

白紅艷

摘要：在現(xiàn)場(chǎng)大多應(yīng)用的常規(guī)型游梁式抽油機(jī)，工作特點(diǎn)是承受交變載荷，懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度和加速度的變化使載荷極不均勻，工作能耗偏高。針對(duì)油田游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，使用維護(hù)方便，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況，在采油生產(chǎn)設(shè)備中占75%以上，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)仍將是油田的首選設(shè)備。然而隨著油田進(jìn)入開發(fā)中后期，尤其是電費(fèi)在采油成本中所占的比例逐年升高，如何打造油井電動(dòng)機(jī)的節(jié)能增效是下步工作的一項(xiàng)重要任務(wù)。因此，從現(xiàn)狀出發(fā)，提出具有實(shí)用意義的電機(jī)節(jié)能增效措施，此措施對(duì)于其它油田的開發(fā)也具有重要的參考意義及推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：機(jī)械采油；游梁式抽油機(jī)；節(jié)能降耗；措施優(yōu)化；變頻技術(shù)

目前油田進(jìn)常用的三相異步電動(dòng)機(jī)，在理想情況下的效率為90%左右，且大多功率因數(shù)小于0.4，負(fù)載率不足30%，浪費(fèi)電力嚴(yán)重。抽油機(jī)使用的電動(dòng)機(jī)工作載荷是帶沖擊的周期性交變載荷，與按恒定載荷設(shè)計(jì)制造的通用電動(dòng)機(jī)的工作特征不匹配。通用電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特征是硬特征，在運(yùn)行過程中其轉(zhuǎn)速隨載荷變化不大，而抽油機(jī)的交變載荷增加了電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)損耗，再加上選擇的抽油機(jī)與實(shí)際需要不匹配，降低了整機(jī)的地面效率。分析抽油機(jī)的用電特征，根據(jù)每臺(tái)抽油機(jī)具體的“癥結(jié)”所在，綜合考慮制定出相應(yīng)的節(jié)電措施，實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 游梁式抽油機(jī)節(jié)能應(yīng)用

在現(xiàn)場(chǎng)大多應(yīng)用的常規(guī)型游梁式抽油機(jī)，工作特點(diǎn)是承受交變載荷，懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度和加速度的變化使載荷極不均勻，工作能耗偏高，不平衡現(xiàn)象普遍存在，地面系統(tǒng)效率偏低，用電多。異向型游梁式抽油機(jī)具有峰值扭矩低、所需電動(dòng)機(jī)功率低等特點(diǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)平衡效果較好。在相同的情況下，其系統(tǒng)效率比常規(guī)型高2.5-4%。前置式游梁抽油機(jī)具有平衡效果好、光桿最大載荷小、節(jié)能效果好等特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是懸點(diǎn)載荷低于額定懸點(diǎn)載荷，造成抽油機(jī)資源的浪費(fèi)，工作時(shí)前沖力大，影響機(jī)架的穩(wěn)定性，使它的應(yīng)用受到制約。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的節(jié)能電動(dòng)機(jī)主要有：變級(jí)調(diào)速、電磁調(diào)速電機(jī)（滑差電機(jī)）、變頻調(diào)速、高轉(zhuǎn)差率電機(jī)、永磁同步電機(jī)、雙功率電機(jī)幾種，下面對(duì)它們的特性和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況做一簡(jiǎn)單陳述。變頻調(diào)速可以低速輕載啟動(dòng)，抽油機(jī)沖次及上下沖程的速比可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)，可以根據(jù)油井井況進(jìn)行抽空控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)抽汲參數(shù)，有電流保護(hù)、過電壓保護(hù)等作用，但由于價(jià)格昂貴和維修不方便等的原因，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用極少?；铍姍C(jī)可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，電機(jī)轉(zhuǎn)軸與負(fù)載之間為軟特征連接，可以平滑啟動(dòng)，但低速時(shí)損耗大、效率低，由于應(yīng)用調(diào)速電機(jī)的油井多為供液能力差、需實(shí)現(xiàn)低沖次運(yùn)行的油井，此種電機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不廣泛。高轉(zhuǎn)差率電機(jī)具有較高的轉(zhuǎn)差率和軟的機(jī)械特征，較高的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和較小的堵轉(zhuǎn)電流，較高的效率、功率因數(shù)，適用于轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)矩較大和不均勻沖擊載荷，特別是抽油機(jī)用沖擊載荷。雙功率電機(jī)采用改變繞組的接法來改變電機(jī)的極數(shù)和輸出功率，以便與機(jī)械負(fù)載的負(fù)載特征相匹配，可以簡(jiǎn)化其變速系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。永磁電機(jī)是一種同步電機(jī)，具有體積小、重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，功率因數(shù)高，運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。特別在抽油機(jī)輕載時(shí)在一定范圍內(nèi)的效率還要高于額定值的 94%，最高可達(dá)96%，又可獲得任意高的功率因數(shù)，最高為0.98左右，還可起到補(bǔ)償電容器的作用，啟動(dòng)力矩大，過載能力強(qiáng)，從根本上解決了“大馬拉小車”的現(xiàn)象，節(jié)電效果非常明顯。目前已應(yīng)用170多臺(tái)，節(jié)電效果良好，受到普遍歡迎。

2 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)抽油機(jī)生產(chǎn)存在浪費(fèi)電力的弊端

2.1 電動(dòng)機(jī)負(fù)載低

為保證抽油機(jī)的啟動(dòng)要求和在運(yùn)行時(shí)有足夠的過載能力，通常所配的電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率較大，而電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)都是輕載運(yùn)行，造成抽油機(jī)負(fù)載率低，與電動(dòng)機(jī)不匹配，形成“大馬拉小車”的生產(chǎn)狀況，使線路、變壓器、電動(dòng)機(jī)的功率損耗增大；電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率取決于負(fù)載率，輕載時(shí)電動(dòng)機(jī)的效率很低，當(dāng)負(fù)載增加到一定值時(shí)，變化則很小，有實(shí)驗(yàn)證明：負(fù)載率〈0.4時(shí)，效率的變化不大，負(fù)載率>0.7時(shí)，效率最高。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷很低時(shí)，電動(dòng)機(jī)仍要從電網(wǎng)吸取較大的無功功率，從而降低了功率因數(shù)，這就是目前電機(jī)功率因數(shù)低的主要原因。

2.2 平衡率低

現(xiàn)場(chǎng)使用的抽油機(jī)平衡率低，嚴(yán)重的不平衡造成電力的浪費(fèi)，造成多數(shù)電動(dòng)機(jī)電流變化不均勻，使電動(dòng)機(jī)內(nèi)耗大大增加，影響整個(gè)抽汲系統(tǒng)的效率。

2.3 存在發(fā)電現(xiàn)象

現(xiàn)有的節(jié)電措施大都是針對(duì)電機(jī)低負(fù)荷率下效率低和功率因數(shù)低造成的電能浪費(fèi)的情況，而抽油機(jī)浪費(fèi)電能的另一個(gè)重要原因是抽油機(jī)拖動(dòng)電機(jī)發(fā)電，有實(shí)驗(yàn)證明：目前使用的各種類型的電動(dòng)機(jī)都多少存在這種情況。由于抽油機(jī)負(fù)載波動(dòng)很大，在抽油機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)出現(xiàn)抽油機(jī)減速箱輸入軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度大于電機(jī)對(duì)它的驅(qū)動(dòng)速度的情況，這時(shí)，抽油機(jī)就拖動(dòng)電機(jī)發(fā)電，其發(fā)的電不會(huì)完全與電網(wǎng)同步和存在線路損耗，可以肯定電機(jī)發(fā)的電不能完全被電網(wǎng)利用。在整個(gè)電能—機(jī)械能—電能的轉(zhuǎn)換過程中能有很大的一部分能量被浪費(fèi)掉。

3 抽油機(jī)井節(jié)電改進(jìn)措施

前面簡(jiǎn)單地分析了抽油機(jī)的用電，浪費(fèi)電力的出處所在，我們就可以根據(jù)每一臺(tái)抽油機(jī)具體的“癥結(jié)”所在，綜合考慮制定出相應(yīng)的節(jié)電措施，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，下面提幾點(diǎn)措施：（1）提高電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率。電機(jī)低負(fù)荷率下的效率低和功率因數(shù)低是抽油機(jī)浪費(fèi)電能的原因之一，電動(dòng)機(jī)負(fù)載率提到7-12%，則系統(tǒng)效率可提高2-4%，當(dāng)電機(jī)負(fù)載率低于25%時(shí)，應(yīng)考慮奉還一個(gè)低容量級(jí)別的電動(dòng)機(jī)。（2）油井參數(shù)優(yōu)化。針對(duì)供液不足井泵效低，耗電量大的現(xiàn)狀，采取低速電機(jī)和變頻器手段進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，達(dá)到節(jié)電的目的。（3）合理選用抽油機(jī)機(jī)型，充分發(fā)揮抽油機(jī)潛力。抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷狀況是影響抽油機(jī)能耗的主要因素，其理想載荷率為80%左右。由于油井井況多變，因此需要經(jīng)常調(diào)節(jié)平衡，另外的原因是，平衡度好的抽油機(jī)，在穩(wěn)定生產(chǎn)的情況下，抽油機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)電少。（4）選用節(jié)能電動(dòng)機(jī)，改造普通電動(dòng)機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇節(jié)能電動(dòng)機(jī)，減小機(jī)內(nèi)損耗，提高電動(dòng)機(jī)本身的運(yùn)行效率，使抽油機(jī)與電動(dòng)機(jī)保持良好的功率匹配，提高效率，節(jié)約用電。改造現(xiàn)有普通電動(dòng)機(jī)，在電動(dòng)機(jī)機(jī)軸處安裝一個(gè)帶蓄能器的離合器，使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)空載啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，從而減小電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率，提高電機(jī)的負(fù)載率。電動(dòng)機(jī)的星角接線自動(dòng)變換裝置，在輕載時(shí)，Y接線運(yùn)行，負(fù)載增大時(shí)，改為角接線運(yùn)行。（5）安裝無功補(bǔ)償裝置。單井功率因數(shù)補(bǔ)償柜是在變壓器低壓側(cè)投加電容，利用無功就地補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的容性電流抵消電動(dòng)機(jī)的感性電流，油井安裝無功補(bǔ)償器后，降低了線路的損耗和變壓器的銅耗，從而提高功率因數(shù)，提高效率，達(dá)到節(jié)電目的。（6）使用節(jié)能減速器。抽油機(jī)節(jié)能減速器是專利產(chǎn)品，該減速器由一個(gè)軸承支座和兩個(gè)大小不同的皮帶輪組成，兩個(gè)皮帶輪通過軸和軸承固定在軸承支座上，軸承支座通過底座螺栓固定在抽油機(jī)底座上，大皮帶輪通過皮帶與電機(jī)相連接，小皮帶輪與抽油機(jī)皮帶輪連接，通過加大傳動(dòng)比，在電機(jī)功率降低的情況下，滿足抽油機(jī)懸點(diǎn)負(fù)荷要求，實(shí)現(xiàn)0.5-4.0次達(dá)到降低沖次和節(jié)電的目的，其具有啟動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)行平穩(wěn)、優(yōu)化油井參數(shù)、降低電耗與成本的特點(diǎn)。

此外，抽油機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)點(diǎn)過程很浪費(fèi)電能，目前還沒有對(duì)抽油機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)點(diǎn)的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行更深入的研究，以后這方面是一個(gè)研究方向，是一個(gè)節(jié)能增效點(diǎn)，具有廣闊的節(jié)能前景。

（作者單位：中國(guó)石油化工股份有限公司華北油氣分公司采油一廠）