談變速運(yùn)行優(yōu)化在抽油機(jī)井上的應(yīng)用

孫哲

摘 要：對抽油機(jī)井變速運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了簡單介紹，并闡述了具體的技術(shù)類別，最后結(jié)合相關(guān)理論研究成果，就變速運(yùn)行優(yōu)化在抽油機(jī)井上的具體應(yīng)用與分析進(jìn)行了探討與研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：抽油機(jī);變速運(yùn)行;優(yōu)化

在機(jī)械采油設(shè)備中，抽油機(jī)有著非常廣泛的應(yīng)用，其特點(diǎn)在與可靠性強(qiáng)、維修便捷，且使用壽命相對較長等等。當(dāng)然抽油機(jī)在運(yùn)行時因?yàn)樨?fù)載波動、啟動轉(zhuǎn)矩大以及曲柄角度變化等而導(dǎo)致能耗處于較高水平，這無疑會降低整個抽油機(jī)井的綜合效益。針對此，我們有必要針對抽油機(jī)井的變速運(yùn)行技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，降低抽油機(jī)井能耗，為保障抽油機(jī)井的整體產(chǎn)能提供有力支持。

1 概述

對于常規(guī)的游梁平衡抽油機(jī)來講，在平衡率接近1時，上下沖程耗時一致;而異形抽油機(jī)則在平衡的條件下上沖程時間短于下沖程時間，會產(chǎn)生節(jié)能的效果。分析表明，通過調(diào)節(jié)抽油機(jī)井變速比（上下沖程速度比），可以提高原油在泵中的充滿度;適當(dāng)提高上沖程的速度，可以減少在提升過程中的漏失量，有效地提高單位時間內(nèi)的原油產(chǎn)量，達(dá)到節(jié)電效果。對于黏度大的油井，因原油黏度上升，驢頭、光桿等部件會運(yùn)行不暢，通過調(diào)節(jié)沖程頻次和選用“上快下慢”的開采工藝，能保證抽油機(jī)井的有效運(yùn)行，確保油井長期穩(wěn)產(chǎn)。

2 抽油機(jī)井變速運(yùn)行技術(shù)

2.1 常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)

常規(guī)游梁式抽油機(jī)主要以四連桿機(jī)構(gòu)作為運(yùn)動傳遞部分，其功能就是將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為懸點(diǎn)的反復(fù)運(yùn)動。在抽油機(jī)運(yùn)行過程中，懸點(diǎn)會受到交變載荷的作用，并受到下泵深度、桿徑、泵徑、油壓等因素的影響。抽油機(jī)變速運(yùn)行優(yōu)化中節(jié)能技術(shù)也有著比較廣泛的應(yīng)用，當(dāng)然其節(jié)能原理趨于一致，均是以抽油機(jī)平衡狀態(tài)優(yōu)化為目標(biāo)，促使凈扭矩曲線與一條直線趨于一致。

2.2 抽油機(jī)超越離合器技術(shù)

超越離合器的工作原理就是通過主動件與從動件的轉(zhuǎn)速變化以及回轉(zhuǎn)方向的變換，實(shí)現(xiàn)自動接合與脫開。在接合狀態(tài)下，主動件會帶動從動件共同轉(zhuǎn)動，而超越狀態(tài)則是指主動件與從動件相對脫離，并各自以一定的速度回轉(zhuǎn)。作為一種機(jī)械離合器，超越離合器的運(yùn)行原理相對特殊，其在機(jī)械傳動中主動部分的相對運(yùn)動速度變化以及旋轉(zhuǎn)方向會決定其進(jìn)入結(jié)合或脫開狀態(tài)。驅(qū)動元件只會從單一方向來轉(zhuǎn)動從動元件，在驅(qū)動元件轉(zhuǎn)動方向改變的情況下，從動元件則會與其相脫離，從而避免動力的專遞。在電動皮帶輪上安裝超越離合器，基于原有的油井工作機(jī)制，使雙向動力傳動轉(zhuǎn)化為單向，如此電機(jī)發(fā)電就會受到抑制，如此一來電機(jī)與皮帶傳動效率就會提升，進(jìn)而提高產(chǎn)能，同時減少能耗。

2.3 變速運(yùn)行技術(shù)

現(xiàn)階段，大部分情況下抽油井變速運(yùn)行技術(shù)都是利用變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)沖刺的調(diào)節(jié)，該項(xiàng)技術(shù)除了可以平滑的調(diào)節(jié)沖次，同時還具備啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動電流小的特點(diǎn)，并且電機(jī)啟動也會因此趨于柔性化，這對于抽油機(jī)井而言是具有比較良好的適用性的。在調(diào)節(jié)與優(yōu)化參數(shù)時，實(shí)踐中可以對抽油機(jī)井驅(qū)動電機(jī)中的上、下沖程對應(yīng)頻率進(jìn)行設(shè)置，從而有效控制頻率投切，促使上、下沖程狀態(tài)下的系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速比例呈一定規(guī)律，最終將運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變化上快下慢、或者上慢下快。該模式下抽油機(jī)的節(jié)能效果將會得到增強(qiáng)，并且其運(yùn)行效率也會得到提升。

3 變速運(yùn)行優(yōu)化在抽油機(jī)井上的具體應(yīng)用分析

3.1 曲柄運(yùn)動中變速度計算

抽油機(jī)井變速運(yùn)行計算的內(nèi)容以抽油機(jī)井桿柱瞬時速度為主，這是確定抽油機(jī)井產(chǎn)量的關(guān)鍵參數(shù)。在實(shí)際分析過程中，需要對抽油機(jī)井的生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行收集與分析，并基于理論層面對抽油泵柱塞截面積、沖程、沖速等數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。如下為等效懸點(diǎn)沖速的計算式。

根據(jù)上式，n表示等效懸點(diǎn)沖速（單位min-1）ωup、ωdown分別表示的是上、下沖程狀態(tài)下，電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度;θup、θdown則表示上、下沖程狀態(tài)下，曲柄的轉(zhuǎn)過的角度。

在勻速運(yùn)行狀態(tài)下，抽油機(jī)的沖速為n，那么每個沖程下的循環(huán)時間用下式表示。

根據(jù)推到可分別得出上、下沖程下曲炳角的速度，即：

3.2 現(xiàn)場試驗(yàn)

為了對理論計算與現(xiàn)場實(shí)際的擬合情況加以驗(yàn)證，確保二者趨于一致，相關(guān)人員分別在3口油井上做了變速運(yùn)行試驗(yàn)，并根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果對百米噸液耗電與變速比的關(guān)系圖進(jìn)行了繪制，如圖1。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，在能耗與變速比變化擁有一致發(fā)展趨勢的情況下，3口井的能耗最低值點(diǎn)依然存在差異?？紤]到生產(chǎn)參數(shù)的不同，因此需要對相應(yīng)的變速運(yùn)行最佳點(diǎn)加以確定，并對3口井的液面深度進(jìn)行了調(diào)整，并以1.1～1.2來控制變速比的變化，對百米噸液耗電值進(jìn)行了計算，從函數(shù)層面確定百米噸液耗電與變速比的關(guān)系與規(guī)律，從而確定不同動液面深度以及變速比條件下百米噸液耗電的最低值，具體如圖2所示。

根據(jù)計算結(jié)果，在變速運(yùn)行過程中抽油機(jī)井的能耗最低值所對應(yīng)的變速比一直在1.0以上，然而事實(shí)上這一最低值并非一成不變。其依然會受到液面深度的影響。

4 結(jié)束語

總而言之，針對抽油機(jī)井運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)與優(yōu)化，其能耗值主要會受到?jīng)_速的影響，在沖速較低的情況下，抽油機(jī)井的能耗也處于較低值，這與實(shí)際的產(chǎn)能需求顯然有著較大的差異?？紤]到抽油機(jī)井的結(jié)構(gòu)相對特殊，因此需要對抽油機(jī)井運(yùn)行控制模型進(jìn)行構(gòu)建，并基于變速優(yōu)化運(yùn)行理論，在沖速相同的條件下，對抽油機(jī)井的最佳變速比加以確定。在本文研究中，筆者借鑒現(xiàn)相關(guān)學(xué)者的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，對抽油機(jī)井變速運(yùn)行的能耗變化進(jìn)行了測評，并遵循合理化原則，對抽油機(jī)井變速運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍加以確定，同時也提出其變化規(guī)律，旨在為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的提升提供支持，為達(dá)到抽油機(jī)井節(jié)能降耗目標(biāo)奠定理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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