抽油機下偏杠鈴節能改造技術在葡萄花油田的應用

黃晶陽 張雅春 李立強 王崇仁（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

抽油機下偏杠鈴節能改造技術在葡萄花油田的應用

黃晶陽 張雅春 李立強 王崇仁（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

目前油田普遍應用的常規游梁式抽油機存在平衡性能相對較差、啟動扭矩大、使用大功率拖動電動機、耗能較高等問題，通過應用下偏杠鈴復合平衡技術對常規抽油機進行了節能技術改造。原來的曲柄平衡方式變為曲柄與下偏杠鈴的復合平衡方式，削減了抽油機峰值扭矩，降低了電動機消耗功率，有效改善了抽油機平衡效果，平均節電率達到20.56%。在不改變原機結構前提下，安裝方便，投入成本較低，十型機改造的節電總體效果高于六型機。

抽油機 下偏杠鈴 改善平衡 節能

隨著油田不斷開采，產量逐年下降、含水上升、開發成本不斷增高，節能降耗成為油田實施低成本戰略的重要手段之一。目前油田普遍應用的常規游梁式抽油機，其結構簡單，可靠耐用，一直占據著有桿泵采油設備的主導地位，但因其平衡性能相對較差，啟動扭矩大，通常使用大功率拖動電動機，使整個抽油系統的總體效率在20%～30%左右，耗能較高。據2006年數據，葡萄花油田機采井開井2 928口，其中抽油機井2 920口，螺桿泵井8口。抽油機采油方式應用數量大，占機械采油井總數的99%以上。葡萄花油田有節能型抽油機730臺，常規游梁式抽油機2 190臺，常規機占總抽油機的74.8%。抽油機井平均系統效率20.37%，平均功率利用率22.89%，年耗電1.448 5×108kW·h。針對此問題，利用下偏杠鈴復合平衡技術對常規抽油機進行了節能改造。

1 抽油機節能改造結構及原理

下偏杠鈴復合平衡抽油機基本結構與常規游梁式抽油機一致[1]，只是在游梁式抽油機的游梁尾部增加一個圓餅形狀的下偏杠鈴，采用多塊方式，通過穿軸固定在鋼板上再與游梁連接，見圖1。杠鈴重心在游梁支撐中心以下，相對游梁下偏一個角度，充分利用連桿、橫梁、支架和減速箱間的空間?？筛鶕摵蓜討B調整重錘質量，將曲柄平衡機構和游梁的平衡機構有機地結合在一起，削減了峰值扭矩，減小了曲柄輸出扭矩的波動，降低了裝機功率，達到節能的目的。

圖1 結構示意圖

常規游梁式抽油機采用的是曲柄平衡方式[2]，曲柄平衡扭矩曲線是一條正弦曲線，上、下沖程峰值發生在曲柄轉角90°和270°；載荷扭矩曲線是一條非對稱的正弦曲線，上沖程扭矩變化大，曲線斜度大，峰值扭矩發生在曲柄轉角60°，下沖程扭矩變化比上沖程扭矩變化平緩，扭矩峰值發生在曲柄轉角285°。載荷扭矩曲線的峰值與曲柄平衡扭矩曲線的峰值不對應，造成凈扭矩曲線的波動，上沖程峰值偏向一邊，存在負扭矩。偏杠鈴的作用是增加一條相應的曲線進行復合平衡，由于偏錘質量在調整平衡后是常量，下偏重錘的平衡曲線是隨著減速器扭矩因數和偏重錘力矩變化而變化，復合扭矩最大點發生在扭矩因數最大點附近，所以偏錘平衡扭矩曲線的峰值能與復合扭矩曲線的峰值相對應，產生的平衡效果能較好地平衡載荷扭矩，達到較好的平衡效果，同時能夠減小減速器輪齒的受力，延長減速器的使用壽命。抽油機改造前后凈扭矩對比見圖2。扭矩曲線可由下式求出：

式中：

W——下偏杠鈴質量；

L——杠鈴力矩，水平方向上它隨游梁擺動變化；

A——游梁前臂長。

圖2 抽油機改造前后凈扭矩對比

2 現場試驗分析

應用下偏杠鈴節能技術改造后，現場測試功圖和電能參數分析表明，載荷降低，電動機工作電流下降，電動機做負功現象減少。抽油機載荷是呈規律性變化的動載荷，為驗證該裝置載荷變化，采用金時功圖診斷儀對其中的2口井進行了安裝前后的功圖測試。由測試結果可看出，載荷平均差值由安裝前23.91 kN降低到22.03 kN，降低了1.88 kN。

從現場實際調整效果可以看出，對原不平衡井進行平衡調整可以起到節電的效果，但調整平衡較之下偏杠鈴改造的節電效果要小得多。

以7T117-74井為例，改造前平衡率為68%，進行平衡調整后平衡率為89%，有功節電量為0.157 kW，節電率為4.04%；安裝下偏杠鈴并對其進行平衡調整后平衡率為95%，有功節電量為0.855 kW，節電率為22.00%。由此可見，下偏杠鈴節能技術改造后，調平衡的效果只占一小部分，見表1。

表1 調平衡與節能技術改造效果對比

3 節能效果分析

在能耗測試中，應用抽油機電能多參數測試儀，對安裝前后電動機的有功功率、無功功率、視在功率及功率因數等電參數進行對比分析。

現場改造常規六型抽油機19口井，現場測試14口井，結果表明：平衡率由84%提高到93%，提高了9個百分點；有功功率由4.01 kW下降到3.33 kW，下降了0.67 kW；平均單井日節電16.08 kW·h，平均綜合節電率16.87%。

現場改造常規十型抽油機26口井，現場測試18口井，結果表明：平衡率由82%提高到92%，提高了10個百分點；有功功率由8.04 kW下降到6.28 kW，下降了1.76 kW；平均單井日節電42 kW·h，平均綜合節電率21.99%。

現場累計改造完成抽油機45口井，通過對比分析32口井總體效果，平均平衡率由84%提高到92%，平均有功功率下降1.29 kW，平均單井日節電30.96 kW·h，綜合節電率20.56%。

45臺下偏杠鈴改造抽油機累計投入費用117×104元。常規游梁式抽油機下偏杠鈴節能技術改造，平均單井日節電30.96 kW·h，45口井年可節電50.15×104kW·h，節約電費28.8×104元。有效期按15年計算，累計創造經濟效益432×104元，投入產出比為1∶3.79。

4 結論與認識

（1）常規游梁式抽油機節能技術改造，將原來的曲柄平衡方式改為曲柄與下偏杠鈴的復合平衡方式，削減了抽油機峰值扭矩，降低了電動機消耗功率，有效改善了抽油機平衡效果，平均節電率達到20.53%，達到了預期節能指標。

（2）從現場應用情況看，在不改變原機結構前提下，安裝方便，投入成本較低，十型機改造的節電總體效果高于六型機，因此在今后抽油機改造中應以使用年限較長、載荷和機型偏大的十型機為主進行推廣應用。

（3）抽油機下偏杠鈴節能技術改造，目前還無法實現最優化設計，只能依據油井載荷變化范圍配置杠鈴質量。十型機配重范圍在400～600 kg，六型機在200～400 kg，節能效果沒有達到最佳值，仍需對杠鈴配重與載荷變化進行單井優化研究。

[1]龐小謙,季祥云,于勝存,等.下偏杠鈴慣性力及其對抽油機的影響[J].石油礦場機械,2007(2)：73.

[2]黃秀華,李學豐.下偏杠鈴復合平衡游梁式抽油機的節能效果分析[J].石油礦場機械,2001(4)：25.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.02.013

2011-01-06）

黃晶陽，2003畢業于中國石油大學（華東），工程師，從事采油工程工作，E-mail：huangjingyang@petrochina.com.cn，地址：大慶市大同區第七采油廠工程技術大隊，163517。