油田抽油機存在的問題及改進思路

李英存

(中石化中原石油工程設計有限公司，河南濮陽，457001)

1 引言

某采油廠現(xiàn)有558臺抽油機：在用523臺，停用待報廢34臺，備用1臺。抽油機目前使用情況如表1。

表1 某采油廠在用抽油機使用年限統(tǒng)計表

如表1，某采油廠目前使用30年以上的抽油機僅有5臺，這5臺抽油機老化比較嚴重，各個部件更換的頻率逐年增加，使用成本也逐年增加，造成設備利用率低、能耗大、后期維護性費用高且設備安全系數(shù)降低，給生產運行造成很大的影響。為了保證生產的順利進行，消除安全隱患，減少維修費用，方便生產管理，提高經濟效益，保障周邊居民生命財產安全，本次對這5臺抽油機進行了更新改造。

2 設備存在的問題

2.1 抽油機老化情況嚴重

抽油機老化情況十分嚴重，2017年，5臺老化抽油機在設備現(xiàn)場管理中各項投入較高，共進行各種維修6次，累計費用12.7萬元；累計更換配件10次，配件費用7.5萬元。經統(tǒng)計，抽油機維修頻率高主要集中在驢頭開裂、游梁維修、減速箱修理、曲柄銷軸維修等方面。經過故障分析和判斷，抽油機維修頻率高都與設備老化有關，屬不可控因素。設備老化主要存在以下幾種情況：

(1)驢頭開裂、游梁維修：由于抽油機長期在交變載荷下往復運動，致使位于驢頭的上銷子座應力集中點很容易開裂，如開裂發(fā)現(xiàn)不及時必然造成驢頭掉落事故。采油廠5臺老化抽油機運行年限長，驢頭、游梁老化較為嚴重，其配件磨損、應力點抗拉、最大承載等因素造成驢頭開裂和游梁損壞，嚴重影響了抽油機的生產運行。

(2)減速箱是抽油機的核心部件，減速箱長期運行，造成齒輪磨損、間隙增大、運轉不平穩(wěn)、異響、運轉負荷增大、漏油、竄軸等問題；減速箱輸入軸、中間軸、輸出軸磨損嚴重，這些故障會增加整機沖擊載荷，還可能造成減速箱打齒、箱體開裂，嚴重影響設備整體性能。

(3)抽油機曲柄銷軸承磨損或斷裂：抽油機使用年限較長，長時間運轉時，致使軸承滾珠間隙增大，使軸承及曲柄銷殼體運轉時脫離或鋼件變形，剪刀差偏大，造成曲柄銷斷裂，曲柄銷的突然斷裂引起抽油機連桿、尾軸、中軸變形和斷裂等連鎖反應，對抽油機機體造成非正常損壞。

(4)抽油機軸承和軸承盒老化，導致間隙配合不好，摩擦力增大，增加了用電負荷，還會產生微小的竄軸現(xiàn)象，長期運轉容易發(fā)生安全事故。

(5)抽油機用到10年以上，保養(yǎng)維護費用每年增加10%以上，既影響生產又增加人員勞動量。

2.2 抽油機配套電機設備老化情況嚴重

2.2.1 5臺抽油機所配電機耗電量大

根據(jù)《中華人民共和國節(jié)約能源法》(2018年修訂)的法規(guī)要求，國家對落后、耗能過高的用能產品、設備和生產工藝實行淘汰制度。國家工信部、國家發(fā)展改革委等部門相繼公布了淘汰落后產品目錄，要求新建項目禁止使用列入淘汰目錄的設備和工藝，已建項目在用淘汰落后設備的，要求立即或限時淘汰。采油廠5臺老化抽油機目前所用電機為Y280-8、Y280M2-16、Y280-16，為國家淘汰機型，需要進行更換成新型節(jié)能電機。

2.2.2 維修次數(shù)多，修復電機質量難以得到保證

根據(jù)勝利油田技術檢測中心對維修電機的測試，抽油機電機每維修一次，自身損耗會增加1.26kW，多次維修后，其技術性能和使用性能會急劇下降。采油廠5臺老化抽油機目前所用電機為Y280-8、Y280M2-16、Y280-16，電機經過30多年的連續(xù)運轉，電動機功率利用率低。

2.2.3 電機及配電柜老化，無功損耗大

目前在用的抽油機電機及配電柜使用年限超過30年，電機、配電柜老化，無功損耗大，是造成抽油機井系統(tǒng)效率偏低的主要因素之一。大部分電機平均修理次數(shù)都在3—6次以上，電機修理3次后其技術性能和使用性能會急劇下降?，F(xiàn)油田油井采用游梁式抽油的采油設備，游梁式抽油機具有結構簡單、維修便利等優(yōu)點，但也存在啟動困難、平衡效果差和系統(tǒng)效率低等缺點[1]。為了使抽油機順利啟動，選配電動機時常按抽油機最大負荷來選取；在抽油機正常運行時，平均負荷只有最大負荷的30%左右，形成了電動機和抽油機負荷運行中的不匹配，電能損耗較大，造成了能源的浪費。

2.3 設備安全系數(shù)降低

由于抽油機及配套設備老化，抽油機整體安全系數(shù)大幅降低，尤其是抽油機筒體、驢頭多次補焊，強度大幅降低，減速箱斷軸、躥軸、漏油時有發(fā)生，抽油機設備無法安全、連續(xù)平穩(wěn)運轉，嚴重影響了生產運行。

3 改進思路

3.1 強化施工企業(yè)項目管理中的設備管理職能

(1)在滿足安全、可靠的前提下，盡量利用已建設施，節(jié)約投資，減少對生產的影響。

(2)充分考慮利用原有電氣設施，降低投資；選用節(jié)能性電機，提高油田開發(fā)的經濟效益。

(3)老抽油機的設計只考慮了實用，而新抽油機不但考慮實用性還考慮到互換和節(jié)能。

3.2 抽油機的選型

抽油機的選型在滿足安全、可靠的前提下，利用已建抽油機基礎、電纜等，節(jié)約投資，減少對生產的影響，本次選用原抽油機同型號的CYJ14-4.8-73HB型游梁式抽油機。

3.3 電機及配電柜的選型

新抽油機不但考慮實用還考慮到互換和節(jié)能，電動機選型應首先符合工藝的要求，同時滿足生產的要求，在滿足機械負載等要求的前提下，經濟合理地確定電動機的類型和額定功率，所選電動機應與被拖動機械負載的特性相匹配。

電動機是游梁式抽油機的主要耗能設備，電動機的節(jié)能對提高油田開發(fā)經濟效益，緩解油田用電緊張狀況有著重要意義，因此國內外對抽油機用節(jié)能電機的研究與應用都非常重視。

3.3.1 普通Y型電動機

基于油田開發(fā)的特殊情況，因抽油機帶載啟動，在電動機起動時，必須要有足夠大的扭矩，抽油機才能正常起動，在抽油機正常運行時，起動時的扭矩遠遠大于實際扭矩，試驗證明，抽油機正常運轉時電動機輸出扭矩大概是電動機額定扭矩的30%，這就造成了目前“大馬拉小車”的現(xiàn)狀。

3.3.2 YE3超高效雙功率電動機

雙功率電動機與普通Y系列電動機二者之間的區(qū)別是定子繞組不相同，定子繞組是兩個可以單獨運行的繞組。雙功率電動機機座和普通Y系列電動機一樣。例如37kW/45kW的電動機，現(xiàn)在其定子繞組設計成兩組。啟動時可讓高功率首先投入，這樣起動扭矩大，滿足生產的需要。當負荷率低于設定值時，可令其中一個繞組運行。若抽油機在不同的工況，負荷較大的情況下，兩個繞組同時運行，電機可高功率運轉[2]。這樣，電動機在各種情況下都有較高的負荷率，解決了“大馬拉小車”的問題。電動機運行效率和功率因數(shù)都有較大的提高。

YE3超高效電動機采用了高導磁低損耗冷軋無取向硅鋼片，具有超高效、節(jié)能、低振動、低噪音、性能可靠和安裝維護方便等特點。可用于壓縮機、風機、水泵和破碎機等機械設備，以及在石油、化工、醫(yī)藥、礦山及其他環(huán)境條件比較惡劣的場合作動力源使用，YE3電動機也是國家主導推廣取代Y,Y2,Y3,YX3系列電機的最新型號。

考慮到采油廠泵掛深度大、抽油機機型大、14型抽油機啟動載荷大，因此抽油機的啟動功率大，但運行功率比較小。根據(jù)油田的開發(fā)現(xiàn)狀，油田產液量呈遞減趨勢，在此情況下，抽油機起動負載不變的情況下，抽油機正常運行時的負載逐漸降低。綜合以上因素考慮，建議選擇YE3型雙功率電動機，即抽油機起動時，采用高功率，當負載降低時，采用低功率運行。采用YE3超高效電動機比普通Y型電機可節(jié)電15%—30%。

4 結語

一個生產企業(yè)的生存和發(fā)展，如果沒有先進的機械設備作保障是不可想象的，同時在施工中機械設備管理存在的諸多問題也是不可忽視的。這些問題如果得不到及時解決，勢必影響企業(yè)施工進度和生產效益。機械設備管理是一個長期的系統(tǒng)工程，需要我們不斷學習探索設備管理新思路和新方法[3]。為了機械設備在企業(yè)施工中更好地發(fā)揮其作用，我們必須重視設備管理工作，管好用好機械設備，及時對施工中出現(xiàn)的設備管理問題進行討論并進行改進，才能保證機械設備在生產施工中安全運行，提高機械設備的使用效率，促進企業(yè)設備管理水平的進一步提高，為企業(yè)的安全、經濟和穩(wěn)定運行并得到快速發(fā)展提供有力的基礎保障。