常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能潛力分析及對策

楊芳麗 侯紅武 謝麗君

（大港油田公司 天津 300280）

游梁式抽油機(jī)使用方便、可靠、經(jīng)濟(jì)，是目前采油生產(chǎn)中的主要設(shè)備，是油田的耗能大戶，根據(jù)常規(guī)抽油機(jī)的負(fù)載特點(diǎn)，分析影響常規(guī)抽油機(jī)能量損失的主要因素和節(jié)能潛力，提出應(yīng)用節(jié)能設(shè)備、設(shè)備節(jié)能改造、電機(jī)功率合理配套、強(qiáng)化日常管理、優(yōu)化工藝參數(shù)等措施，不斷提高抽油機(jī)節(jié)能效果。

1 常規(guī)抽油裝置的特點(diǎn)：

(1)負(fù)荷是脈沖的，而且變化大。

(2)啟動條件困難，要求有大的啟動轉(zhuǎn)矩。

抽油機(jī)的負(fù)荷特點(diǎn)決定了選用普通異步電動機(jī)驅(qū)動抽油機(jī)不可避免地就會形成大馬拉小車的現(xiàn)象。油田在選配電機(jī)時通常會考慮油井異常工況，例如出現(xiàn)結(jié)蠟、砂卡、停井時間長引起載荷增加等因素，配套的電動機(jī)裝機(jī)功率普遍較大，造成抽油機(jī)電機(jī)正常運(yùn)行時負(fù)載率很低，一般在20%左右，少數(shù)負(fù)載率高的也僅為30%。低負(fù)載率運(yùn)行造成電機(jī)效率低，功率因數(shù)低，電能浪費(fèi)大。

2 常規(guī)抽油機(jī)能量損失分析

抽油機(jī)采油系統(tǒng)將電能從地面?zhèn)鬟f給井下液體，從而把井下液體舉升到地面。整個系統(tǒng)工作的過程，就是一個能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)化的過程，能量的每一次傳遞和轉(zhuǎn)化都會有一定的損失。抽油機(jī)采油系統(tǒng)包括地面部分(游梁式抽油機(jī)，由電動機(jī)、減速箱和四連桿機(jī)構(gòu)(包括曲柄、連桿、橫梁、游梁)、驢頭和懸繩器等組成；地下部分(抽油桿柱、抽油泵等。

2.1 地面設(shè)備能量損失

電機(jī)：在抽油機(jī)的每一沖程中，電動機(jī)的輸出功率出現(xiàn)兩次瞬時功率極大和極小值。極大值可能超過額定功率，而極小值一般為負(fù)功率，即電動機(jī)不僅不輸出功率，反而由抽油桿拖動而發(fā)電。抽油機(jī)載荷的周期性波動造成電機(jī)轉(zhuǎn)速波動，增加了電機(jī)的損耗。從現(xiàn)場實(shí)測看，電動機(jī)的損耗有的高達(dá)30%～40%，節(jié)能的潛力較大。

帶傳動損失：工程上常用的皮帶的傳動效率都比較高，最高可達(dá)98%，因此，在我國現(xiàn)有技術(shù)條件下，帶傳動部分效率的提高潛力已很小。

減速箱損失：減速箱損失包括軸承損失和齒輪損失，在潤滑良好情況下減速箱總的功率損失約為9%～10%，如果減速箱潤滑不良，功率損失將增加，效率將下降。在管理和維護(hù)措施得當(dāng)?shù)臈l件下，減速箱的效率不會有大的提高。

換向損失：對于游梁式抽油機(jī)，其換向部分主要是四連桿機(jī)構(gòu)，能量損失約為5%，在換向機(jī)構(gòu)一定的情況下，該部分的效率不會有大的提高。實(shí)踐證明，通過合理的調(diào)整平衡，可以減少換向損失，每口油井平均可節(jié)約有功功率0.3～1.5kW，節(jié)電效果顯著。每口井都有節(jié)電的平衡度最佳點(diǎn)，一般調(diào)在90%最為經(jīng)濟(jì)。通過調(diào)平衡來節(jié)約電耗，少投入，多產(chǎn)出。

盤根盒損失：主要是光桿與盤根間的摩擦損失。如果抽油機(jī)安裝不對中，光桿與盤根盒的摩擦力將成倍增加。管理與維護(hù)正常的情況下，盤根盒部分能量損失很小，因此提高能效的潛力不大。

2.2 井筒能量損失

井筒能量損失共計抽油桿、抽油管柱、抽油泵三種能量損失，影響的因素包括桿柱組合、泵深、泵徑、沉沒度、沖程、沖次、運(yùn)行摩阻、充滿系數(shù)、桿(管)偏磨、原油粘度、氣體、結(jié)蠟狀況及地層供液能力等。井筒能量損失可以通過工藝設(shè)計的優(yōu)化來調(diào)整，提高的潛力較大。

3 抽油機(jī)節(jié)能對策

3.1 應(yīng)用節(jié)能設(shè)備

新井投產(chǎn)時盡量優(yōu)選平衡好、動載小的雙驢頭抽油機(jī)、高原皮帶抽油機(jī)等節(jié)能型抽油機(jī)，推廣以稀土永磁電機(jī)和超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)為代表的抽油機(jī)專用電機(jī)，以達(dá)到在不降低啟動轉(zhuǎn)矩的前提下降低裝機(jī)功率，提高電機(jī)效率和功率因數(shù)。

3.2 舊設(shè)備節(jié)能改造

（1）對在用或閑置不用的能耗高的舊常規(guī)游梁式抽油機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，一是將常規(guī)機(jī)改造成雙驢頭抽油機(jī)，節(jié)電率一般可達(dá)20%左右；二是將常規(guī)機(jī)改造成下偏杠鈴式抽油機(jī)，達(dá)到節(jié)能目的。這兩種改造方法都能充分利用原機(jī)的構(gòu)件，優(yōu)化關(guān)鍵部件，安全系數(shù)高，節(jié)能效果顯著，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，管理操作方便。

（2）對在用的大量Y系列電機(jī)，安裝可降低電機(jī)裝機(jī)功率的補(bǔ)償電容器等節(jié)能附加裝置，電機(jī)通過大修將其改裝為自動切換的雙功率電機(jī)。

3.3 電動機(jī)功率合理配套

（1）考慮每口油井運(yùn)行的工況，理論計算游梁式抽油機(jī)在不同的載荷、沖次、沖程下所需要的電機(jī)功率。

Nr——電機(jī)功率KW

N——沖次

Mmax的實(shí)際取值按照S/4(Pmax)，S為沖程，m；Pmax為最大載荷，N

（2）對計算的電機(jī)功率修正、配套，滿足現(xiàn)場需要。Nr≤18.5 kW，備配 18.5 kW 電機(jī)；18.5 kW

3.4 加強(qiáng)日常管理

（1）加強(qiáng)設(shè)備管理。定期檢查傳動裝置，使用窄V聯(lián)組帶傳動，皮帶要松緊適中，隨時處理減速箱漏油、定期更換減速箱內(nèi)機(jī)油，以減少地面?zhèn)鲃硬糠值哪芎?。使用?biāo)準(zhǔn)光桿和調(diào)心石墨盤根盒；光桿盤根盒應(yīng)松緊適度；調(diào)整設(shè)備，使懸繩器、光桿與井口對中，減少光桿與盤根和抽油桿與油管的摩擦耗能。

（2）動態(tài)調(diào)整平衡度。合理的平衡度為80≤L≤110，對同一口井,平衡度在85%～100%之間的要比平衡度小于85%的井系統(tǒng)效率高1%～3%。

3.5 井筒工藝優(yōu)化

（1）提高有效功率

有效功率通過提高泵效和有效揚(yáng)程來提高。

N有效--有效功率，kW;

Q--油井產(chǎn)液量，m3/d；

H--有效揚(yáng)程，m；

ρ--油井液體密度，kg/m3；

g--重力加速度，9.8m/s

提泵效舉措：研究每一口井的特點(diǎn)制定提高抽油泵充滿系數(shù)的針對性措施，油氣比較高的井安裝氣錨；油粘稠采取降粘措施；深井應(yīng)用油管錨定，降低沖程損失；出砂井應(yīng)用防砂泵；優(yōu)化抽汲參數(shù)等,提高活塞的有效沖程達(dá)到提高泵效的目的。

提高有效揚(yáng)程：針對不同區(qū)塊，確定合理的沉沒度，控制合理的動液面深度和油、套壓，避免有效揚(yáng)程過高或過低。當(dāng)泵掛深度一定時,有效揚(yáng)程過高,沉沒度減小,泵效降低,導(dǎo)致產(chǎn)液量降低,反而影響系統(tǒng)效率的提高。

（2）降低最大載荷和交變載荷

抽油桿柱重量增加，光桿功率增大、井下效率降低。設(shè)計桿柱時可采用多級組合和應(yīng)用高強(qiáng)度抽油桿，降低懸點(diǎn)載荷。

隨著泵徑的增大,最大載荷和交變載荷增加，抽油系統(tǒng)所需輸入功率增大,從而導(dǎo)致電機(jī)額定功率的增加，系統(tǒng)效率降低。模擬結(jié)果顯示，對于泵深1800米，原油平均相對密度為0.8895的油井，其它生產(chǎn)參數(shù)不變，泵徑由Φ38mm升級為Φ44mm，最大載荷增加9KN以上，在保證產(chǎn)量的前提下，降低泵徑，有效降低能耗。

沖次增加，最大載荷和交變載荷增加，同時在減速箱、四連桿機(jī)構(gòu)及盤根盒處的能量損耗也隨之增加。在保證產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，盡量采用較低沖次生產(chǎn)，既提高系統(tǒng)效率又減少桿管斷脫次數(shù)。

4 結(jié)論

抽油機(jī)節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)用節(jié)能設(shè)備立竿見影，但受投資的影響，不能規(guī)模實(shí)施，認(rèn)真研究每一口井，每一臺設(shè)備的特性加強(qiáng)日常的管理與工藝參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，不斷提高抽油機(jī)節(jié)能效果。

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