大庆油田抽油机节能分析
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作者: 王文喜
摘 要：油田机械采油中，抽油机井占总井数的82.1%，大庆油田就有几万台抽油机，抽油机井的耗电量占油田总耗电量的四分之一。由于抽油机井的系统效率较低，大量的能量(70%以上)在传递过程中损失掉。如果将抽油机井的系统效率提高5%，年节电65×10 8ｋＷ・ｈ，这不仅可节约大量的资金，而且，还可以缓解油田电力紧张状况。因此，加强抽油机井系统效率研究成果，提高其运行效率，将对油田带来巨大的经济效益。
关键词：大庆油田；抽油机干部；节能
中图分类号：TE933 文献标识码：A
在油田开发过程中，采油的方式通常是指把流到井底的原油采到地面所用到的方法，基本上分为两大类：一类是依靠藏油本身的能量使原油喷到地面，叫做自喷采油；另一类是借助外界能量将原油采到地面，叫做机械采油。目前，大庆油田开发已进入开发中后期，油田已逐渐丧失自喷能力，而采用抽油机采油的油井占油田油井总数的90％以上，而目前所用的抽油机总体效率偏低，能耗大，以目前油田生产用电占油田用电量45％左右考虑，如果抽油机总体系统效率提高，可以节约大量能源，实现低碳生产的目的，节能成为抽油机系统需要重点解决的问题之一。
1 抽油机的能量损失原因
提高游梁式抽油机装置的系统效率与油井本身的条件有密切的关系。抽油机系统的能量传递是电机的电能转换为机械能，机械能在传递过程中逐渐降低，具体损失有以下几部分组成：电动机部分损失，包括热损失和机械损失，称为电机损失；带传动部件部分损失，主要是传动中的摩擦损失，称为皮带损失；减速箱内部分损失，主要是传动中的摩擦损失，称为减速箱损失；四连杆装置，主要是轴承摩擦损失和钢丝绳变形损失，称为四连杆损失；抽油杆部分损失，主要是摩擦损失和弹性变形损失，称为抽油杆损失；抽油泵部分损失，包括机械损失，容积损失与水利损失，统称之为抽油泵损失；井下管柱部分损失，称为管柱损失。所以要提高效率，主要措施是减少能量传递过程中各环节的能量损耗。
2 抽油机节能措施
2.1 采用节能设备。目前抽油机的电动机主要从三个方面实现节能：
2.1.1 人为改变电动机的机械特性，主要是改变电源频率，以实现与负荷特性的柔性配合。
2.1.2 从设计上改变电动机的机械特性(如高转差率电动机和超高转差率电动机)，从而改善电动机与抽油机的配合。
2.1.3 提高电动机的负荷和功率因数。已成功研制了超高转差率电动机、电磁滑差电动机、稀土永磁电动机、变频调速电动机、双功率电动机、绕线式异步电动机、电动机调压装置和抽油机蓄能调压装置等。
2.2 降低皮带传递损失。不同的皮带传动方式，其传动效率不同，窄V带的传动效率要比普通V带的传动效率高。在实际生产中，要尽量选用传动效率高的传动方式，如窄V带和同步带，其传动比准确，不打滑。同时，保持皮带大小轮四点一线，以及皮带合理张进度，也是降低功率损耗的重要方面。
2.3 改进结构形式。通过改变抽油机的四连杆机构，优化相关尺寸配比，以降低抽油机的转矩因数，从而降低抽油机的工作转矩及其波动，实现节能。
2.3.1 采用偏置式抽油机。偏置式抽油机的曲柄平衡块中心线与曲柄对称中心线偏离一个角度，可以进一步优化四连杆机构悬点运动和动力特性，改变抽油机曲柄净扭矩曲线的形状和大小，使其波动平坦，减小负扭矩，从而减少抽油机的周期载荷系数，运行过程中实现“快提慢放”，提高电动机的工作效率，达到节能目的。
2.3.2 采用前置式抽油机。前置式抽油机为重型长冲程抽油机。目前在油田广泛使用的是12型、16型两种机型。从工作扭矩曲线分析，前置式抽油机平衡后的理论净扭矩曲线是一条接近水平的直线，因此其运动平衡，减速箱齿轮基本无反向负荷，连杆游梁不易疲劳损坏，机械磨损小，噪声比常规式抽油机低，整机寿命长。计算和测量表明，与同级别的常规式抽油机相比，前置式抽油机可配置较小功率的电动机，其效率可提高20％，节能效果显著。
2.4 改进平衡方式。改进抽油机的平衡方式，提高抽油机的平衡度，可以降低减速器输出轴转矩的波动幅度，达到节能的目的。
2.4.1 平衡相位角。前面提到的偏置抽油机的曲柄平衡块中心线与曲柄对称中心线构成一定的夹角Y，称为平衡相位角，这个角存在的原因，主要是因为抽油机下死点对应的曲柄位置比常规机“滞后”了一个相位角，为了平衡扭矩与载荷扭矩对齐，偏置这样一个角度。很多其它结构的抽油机也应用这一平衡方法。
2.4.2 变距平衡。所谓变距平衡原理：即抽油机尾梁平衡配重的力臂是变化的，使得平衡扭矩可以改变。在上行抽油载荷最大时，其平衡重的力臂也最大，下行时平衡块储能用以克服负扭矩，从而提高了电机的功率利用率。这种平衡节能技术，解决的是抽油载荷正常生产时的周期变化。运用变距节能原理的典型应用事例就是双驴头抽油机。
2.5 采用节能电控装置
在抽油机上配备节能电控装置，在油田节能改造技术上具有投入低、节能效果显著以及使用方便等特点。油田目前应用比较广泛的节能电控装置主要有以下3种：继电接触器调压节能。抽油机起动时都是带载起动，惯性矩较大，且总在上下死点处起动，油田在选配电机时为了启动顺利，不影响生产，一般按最大扭矩选配电机，而抽油机起动后正常工作时平均转矩与最大扭矩相比又较低，所以电机输人功率仅有额定功率的三分之一，这是造成抽油机整体系统效率低的主要原因。
通过变频调速器降速实现节能，是抽油机节能电控装置的发展方向，已经在我国部分油田开始得到了应用。随着电力电子技术的发展，变频调速器的性能将进一步提高，在抽油机节能装置改造上也会得到进一步的推广。
采用间抽控制器。低渗透油田由于地层渗流能力差，低产低效油井比例比较高，而抽油机是按照油井最大化的抽取量来进行选择的，会形成很低的泵效，也会浪费大量的电能。如果将泵效较低的油井调低降低工作参数后，泵效仍然较低，就可以对这类油井实行间开制度。抽油机装配间抽控制器后，当油井出液量不足或发生空抽时，它就会自动关闭抽油机，等待井下液量的蓄积，当液面超过一定深度时，再自动开启抽油机，这样就提高了抽油机的工作效率，避免了大量的电能浪费。
大庆油田通过推广、应用抽油机节能电控装置，在确保产量快速发展的同时，又最大限度地节约了电能，在抽油机节能改造实施工作中取得了良好的效果。同时在抽油机节能方面还可以采用节能元部件，如窄V型带传动和同步带传动等；改进平衡方式，如采用气动平衡或天平平衡等；改进“三抽”系统部件，有采用抽油杆导向器、空心抽油杆、减振式悬绳器等部件，都可提高三抽系统的工作效率，达到节能的目的。
结论
影响抽油机系统效率的因素很多，必须结合具体生产数据分析，才能找到影响某一口井的主要因素；找到主要影响因素后，要根据现场实际情况，制订可性行的优化设备方案，提高可操作性；优化设计抽油机井的生产参数，可以达到提高系统效率的目的，从而达到提高抽油机系统的整体管理水平。
参考文献
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