常規游梁式抽油機節能途徑分析

張凌 才松林 于生（吉林油田公司）

常規游梁式抽油機節能途徑分析

張凌 才松林 于生（吉林油田公司）

常規游梁式抽油機是油田普遍采用的采油機械裝置，數量多、耗電量大、效率低下，能耗占油田生產總耗電量50%以上。研究游梁式抽油機節能途徑，探索提高油田機采系統效率的方法意義重大。

采油裝置 常規游梁式抽油機 節能 機采效率

1 組成

常規游梁式抽油機主要由三部分組成：

◇地面部分——游梁式抽油機，由電動機、減速箱和四連桿機構(包括曲柄、連桿、橫梁、游梁)、驢頭和懸繩器等組成；

◇地下部分——抽油泵，懸掛在套管中油管的下端；

◇聯系地面和井下的中間部分——抽油桿柱，由一種或幾種直徑的抽油桿和接箍組成。常規游梁式抽油機采油系統的組成及測點見圖1。

2 工作原理

游梁式抽油機主要由4個系統組成，即傳動減速箱系統、換向系統、平衡系統和支撐系統。由于各種抽油機的減速系統和支撐系統工作原理和結構基本相同或類似，所以抽油機的結構形式主要由換向系統和平衡系統決定。含有游梁、通過連桿機構換向的抽油機統稱為游梁式抽油機。

3 能量損失構成

游梁式抽油機能量損失主要有：電動機損失、帶傳動損失、減速箱損失、換向損失、盤根盒損失、抽油桿損失、抽油泵損失、抽油管柱損失等8部分。具體能量損失見圖2。

4 節能途徑

不改變抽油機本身，根據損失情況，針對相應環節采取具體的措施。

4.1 電動機

如果電動機運行在額定負荷或額定負荷附近，則電動機屬于節能經濟運行。但多數抽油機，尤其是常規游梁式抽油機，在工作過程中，為滿足啟動或最大功率點的要求，其電動機的平均輸出功率與額定輸出功率之比通常為0.3～0.4，有的甚至更低。因此在一個沖程中的大多數時間里電動機處于輕載運行，即所謂“大馬拉小車”的狀態，其效率和功率因數都很低，這就造成較大的能量損失。從現場實測看，少部分電動機效率只有60%～70%，與普通異步電動機的額定效率90%～95%相比，提高效率潛力較大。其主要節能方法有：

◇人為地改變電動機的機械特性，以實現與負荷特性的柔性配合，從而提高系統效率，實現節能（主要是采用變頻調速的方法）；

◇從設計上改變電動機的機械特性(如高轉差電動機和超高轉差電動機)，從而改善電動機與機、桿、泵整個系統的配合，減少系統能耗；

◇換用高效節能電動機，擴大高效區范圍，提高電動機效率，降低裝機功率，從而減少電動機損失（可以更換變頻調速電動機、超高轉差電動機、電磁滑差電動機、高效永磁同步電動機、雙速電動機、雙功率電動機）；

◇采用節能型抽油機電動機控制裝置（如可控硅調壓式節能控制器、星角轉換節能控制器、變頻節能控制器等），這些電動機控制裝置除具有一般控制箱的基本功能外，還可根據電動機的運行情況，動態調節電動機的電壓或進行無功補償，降低網絡電能損失。

4.2 傳動系統

圖1 常規游梁式抽油機采油系統的組成結構及檢測位置

工程上常用的皮帶的傳動效率都比較高，最高可達98%，即其傳動損失僅為2%。在抽油機上使用聯組帶較之使用其他類型的皮帶，損失最小。這種帶傳動動力大、摩擦損失小、滑差率小、丟轉少，傳動效率最高達98%，并且帶輪直徑和寬度都明顯減小。經現場實測，使用這種傳動帶比使用普通三角帶平均可節電2.5%。因此，在我國現有技術條件下，帶傳動部分效率的提高潛力已很小。

圖2 抽油機采油系統能量傳遞與損失示意圖

4.3 減速箱

主要包括軸承和齒輪的摩擦損失。對于減速箱，核心問題是潤滑，如果潤滑效果差，不僅能耗增加，而且軸承和齒輪很快磨損，因此要保證減速箱內軸承和齒輪的潤滑。如果潤滑良好，減速箱的總損失為9%～10%，即傳動效率為90%左右。從工程角度上看，這基本是目前大功率減速器傳動效率的最高值。因此，在管理和維護措施得當的條件下，減速箱的效率提高潛力不大。

4.4 換向及平衡

對于游梁式抽油機，換向部分主要是四連桿機構或其變形。如果潤滑保養良好，該部分的傳動效率一般可達95%，在換向機構一定的情況下，該部分的效率不會有大的提高。但是抽油機平衡對能量損失影響較大，占整個損失的50%以上，是節能的重點。因此，調平衡對于節能降耗、提高效率非常重要。

近年來出現了許多抽油機的平衡方式，如游梁偏置平衡、懸重偏置游梁復合平衡、下偏杠鈴型游梁復合平衡、擺桿式游梁抽油機的復合平衡、調徑變矩純下偏平衡等。采用這些平衡方式能不同程度地改善曲柄軸凈扭矩曲線，降低曲柄軸扭矩的峰值，減小扭矩曲線的波動。

實踐證明，通過合理地調整平衡，節電效果顯著。每口井都有節電的平衡度最佳點，一般調在90%最為經濟。通過調平衡來節約電耗，實現少投入、多產出。

4.5 盤根盒

該部分的損失主要是摩擦損失,該項損失與抽油機的安裝情況、光桿的表面加工質量、盤根的松緊和密封材料有密切關系。管理與維護正常的情況下，盤根盒部分能量損失很小，因此提高能效的潛力不大。

4.6 抽油桿柱

抽油桿柱主要為摩擦損失，與下泵深度、井液黏度、抽油桿運動速度、油井本身的斜度和彎曲程度有關。對于井液黏度大的油井，可采用長沖程、低沖次的工況降低抽油桿的運動速度；可采用降低井液黏度的措施，如注蒸汽、摻稀油、應用電加熱抽油桿等，以降低抽油桿柱與液柱之間的摩擦力。對于井斜或井筒彎曲程度較大的油井，可在抽油桿柱上加裝扶正器或滾輪接箍，以減少桿管之間的摩擦損耗。

4.7 抽油泵

抽油泵的損失中，容積損失和水力損失占主要部分。通過優選柱塞泵筒間的間隙，在不增加柱塞泵筒摩擦力的條件下，減小液體漏失量。采用耐磨耐沖擊、開關性能好、水力損失小的閥球及閥座，可減小由于泵閥損壞或開關不及時而引起的漏失和水力阻力，從而降低抽油泵部分的能耗。

4.8 管柱

管柱損失由管柱的容積損失和水力損失兩部分組成。在油管螺紋處加裝密封件以保證油管的密封，在起、下油管柱時嚴格按規程操作，減少或消除螺紋的損壞，可降低管柱漏失量，從而降低容積損失值。

管柱的水力損失與管柱內表面的粗糙度成正比，與井液的向上流動速度的平方成正比。對于井液腐蝕性較強和易結垢的油井，應對油管采取防腐和防結垢措施，防止油管內壁變粗糙。在選擇抽汲參數時，應盡量使用大泵徑、長沖程、低沖速，以降低液體向上的流動速度。

[1]俞伯炎,吳照云,孫德剛.石油工業節能技術[M].北京:石油工業出版社,2000.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.01.007

2010-12-12）

張凌，1991年畢業于延邊大學，化學工程專業，工程師，地址：吉林油田公司質量節能處節能科，138000。