造成抽油機能耗高的原因分析與治理對策

宮麗卿 薛小蜂

摘 要：導(dǎo)致抽油機能耗偏高的因素較多，實現(xiàn)抽油機井的節(jié)能降耗是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本文對抽油機能耗高的成因進行了分析，并在此基礎(chǔ)上詳細介紹了幾種常見的抽油機節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用對策方法，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：抽油機;能耗;成因分析;節(jié)能降耗;對策

1.造成抽油機能耗高的原因分析

1.1電動機負載低

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

1.2空抽運轉(zhuǎn)

空抽運轉(zhuǎn)是指抽油機在空負載或者接近空負載情況下仍維持運行，造成這種現(xiàn)象的原因有兩種，一是由于抽油機在設(shè)計制造時會按照油井最大抽取量進行選擇，并且為了防止意外情況還會預(yù)留下設(shè)計余量;第二是抽油機在工作過程中隨著工作深度的不斷增加，地下油量會越來越少，最后出現(xiàn)空抽現(xiàn)象。

1.3抽油機設(shè)備陳舊

設(shè)備陳舊是導(dǎo)致抽油機工作效率低的重要因素，此外設(shè)備老化現(xiàn)象還會對企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益產(chǎn)生較大的影響。對于中型油田企業(yè)來說，由于設(shè)備陳舊老化造成的折舊可能達到上億元，依靠引進抽油機很難對油田工作面整體運行情況進行全面的改善，并且新增抽油機還要依靠大量的資金進行長期的規(guī)劃，這給企業(yè)運行造成了設(shè)備和資金上的負擔(dān)。引起抽油機陳舊的原因很多，其中與地質(zhì)層的摩擦、機器之間的磨損以及原油的侵蝕是造成設(shè)備陳舊的主要因素，也是很難控制的因素。此外由于操作不當(dāng)或者維護力度不夠也能夠?qū)υO(shè)備的使用壽命和工作效率產(chǎn)生影響，抽油機工作環(huán)境較為復(fù)雜，并且多維露天作業(yè)，因此工況情況十分惡劣，為抽油機的維護保養(yǎng)造成了阻礙，但是這種影響因素能夠通過管理水平的提升得到有效的改善。

1.4抽油機系統(tǒng)效率低

由電機、地面?zhèn)鲃釉O(shè)備及井下抽油設(shè)備構(gòu)成了有桿抽油系統(tǒng)，各部分效率都與系統(tǒng)效率有著密切的聯(lián)系，任何一部分的效率減低都會導(dǎo)致系統(tǒng)效率變低，因此如何提高抽油機系統(tǒng)的總效率，建設(shè)節(jié)能低耗的百年油田是需要我們攻克的一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

1.5抽油機能耗大

油田現(xiàn)在主要應(yīng)用的是游梁式抽油機，它是油田的電能消耗的主要設(shè)備。不同型號的游梁式抽油機即使在相同的工作條件，井下工況其同一時刻的井下能耗也是有所差別的。根據(jù)多年的工作研究得出導(dǎo)致抽油機能耗大的主要原因有：（1）游梁式抽油機的負載特性和其所匹配的三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性不同步。常常會出現(xiàn)電動機變成發(fā)電機的狀況發(fā)生二次能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，電動機的工作效率大大的降低。（2）現(xiàn)在一些常規(guī)的抽油機的扭矩因數(shù)很大，隨之會產(chǎn)生很大的載荷波動系數(shù)，抽油機的能耗也會加大。

2.降低抽油機能耗的治理對策

2.1選用高效節(jié)能型電機或?qū)Ｓ秒姍C，淘汰老舊落后電機

高效節(jié)能型電機的電機損耗僅是傳統(tǒng)落后電機的幾分之一，但電機效率卻明顯高于同狀態(tài)下一般電機，是老舊落后電機更替的首選。

（1）永磁同步電機。抽油機上使用的永磁同步電機是一種異步啟動的同步電機，由轉(zhuǎn)子交流啟動后牽入同步運行，類似于交流同步電機。其運行是靠定子繞圈在氣隙中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子上磁鋼間的相互吸引，使轉(zhuǎn)子與定子氣隙磁場同步旋轉(zhuǎn)而做功。其轉(zhuǎn)子等效電阻電路，故功率因數(shù)高，因無磁勵電流，其空載損耗小。電機效率可達96%左右，較三相異步電機高。

（2）直流電機。直流電機有優(yōu)良的控制性能，其機械特性和調(diào)速特性均為平行的直線，這是各類交流電動機所沒有的特性。此外，直流電動機還有起動轉(zhuǎn)矩大、效率高、調(diào)速方便、動態(tài)特性好等特點。

（3）其他專用電機。對有特殊工藝要求的設(shè)備，其對電機某一方面性能的要求不同，應(yīng)結(jié)合具體情況具體裝配，盡量減少因普通電機為彌補專用電機性能而造成額外電機電耗。

2.2提高電機負載率

電機低負荷率下的效率低和功率因數(shù)低是抽油機浪費電能的原因之一，電動機負載率提到7-12%，則系統(tǒng)效率可提高2-4%，當(dāng)電機負載率低于25%時，應(yīng)考慮奉還一個低容量級別的電動機。針對供液不足井泵效低，耗電量大的現(xiàn)狀，采取低速電機和變頻器手段進行參數(shù)優(yōu)化，達到節(jié)電的目的。在選擇電機時應(yīng)注意以下兩點：（1）如果電機功率選得過小，就會出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電機長期過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電機被燒毀。（2）如果電機功率選得過大，就會出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象。其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利，而且還會造成電能浪費。

要正確選擇電動機的功率，必須經(jīng)過以下計算或比較：（1）對于恒定負載連續(xù)工作方式，所選電機的額定功率應(yīng)等于或稍大于計算所得的功率。（2）短時工作定額的電機，與功率相同的連續(xù)工作定額的電機相比，最大轉(zhuǎn)矩大，重量小，價格低。因此，在條件許可時，應(yīng)盡量選用短時工作定額的電機。（3）對于斷續(xù)工作定額的電機，其功率的選擇要根據(jù)負載持續(xù)率的大小，選用專門用于斷續(xù)運行方式的電機。

2.3針對不同系統(tǒng)，合理調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，科學(xué)維護，加強管理節(jié)能

電機的日常維護也是決定電機是否高效低耗經(jīng)濟運行的重要因素，要按照系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的要求，定期檢查電機運轉(zhuǎn)情況，優(yōu)化管理和維護。避免電機長時間超負荷、高溫運行，對電機效率過低、不能經(jīng)濟運行的電機要及時進行原因監(jiān)測分析，調(diào)整負載狀態(tài)，盡可能地保持電機長時間處于經(jīng)濟運行狀態(tài)。 對運行的各個系統(tǒng)，進行正確的參數(shù)設(shè)置，監(jiān)控電機與終端裝置的匹配狀況，避免“大馬拉小車”和“小馬拉大車”現(xiàn)象，讓電機始終保持在經(jīng)濟運行位置。

2.4使用軟啟動、變頻調(diào)速裝置或安裝節(jié)電裝置

通常感應(yīng)電動機采用直接啟動或一般啟動的方法，電機的全壓起動電流為額定電流的5-7倍，不僅損耗大，對電網(wǎng)沖擊也大，機械磨損，振漏大。如果用變頻調(diào)速啟動，可以將起動電流限制到很小，即使是滿載起動，也只比額定電流稍大就可以了，損耗大大降低，既不沖擊電網(wǎng)，又不沖擊機械。

2.5 改進平衡方式

改進抽油機的平衡方式，提高抽油機的平衡度，可以降低減速器輸出軸轉(zhuǎn)矩的波動幅度，達到節(jié)能的目的。一是平衡相位角。為了平衡扭矩與載荷扭矩對齊，偏置這樣一個角度。二是變距平衡。這種平衡節(jié)能技術(shù)，解決的是抽油載荷正常生產(chǎn)時的周期變化。運用變距節(jié)能原理的典型應(yīng)用事例就是雙驢頭抽油機。

3.結(jié)束語

抽油機與電動機的節(jié)約用電是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括地下和地面兩方面的諸多因素，不能忽略其中的任一環(huán)節(jié)，只有做到環(huán)環(huán)相扣，優(yōu)化其中的每一個“細節(jié)”，達到能耗最低化、產(chǎn)量最大化。造成抽油機能耗高的因素較多，要抽油機井的節(jié)能降耗是一項系統(tǒng)工程，要做到地層與設(shè)備、設(shè)計與技術(shù)、技術(shù)與管理的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，不斷應(yīng)用新技術(shù)、新工藝，使抽油機井節(jié)能降耗深入持久的開展下去。

參考文獻：

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