超越離合器在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中的應(yīng)用評(píng)價(jià)

陸亞男（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

目前薩北油田已進(jìn)入雙特高開發(fā)階段，即特高含水和特高采出程度，隨著開采難度的增加，開發(fā)成本也逐年增大，其中機(jī)采耗電在生產(chǎn)用電中所占比例達(dá)到40%以上，是油田生產(chǎn)過程中的“耗能大戶”，如何在保證產(chǎn)量的前提下控制機(jī)采耗電是節(jié)能降耗的關(guān)鍵。

1 抽油機(jī)反發(fā)電

抽油機(jī)的舉升原理是將電動(dòng)機(jī)做的功通過皮帶、減速箱、四連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為驢頭的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驢頭帶動(dòng)抽油桿通過抽油泵將液體舉升到地面。在運(yùn)行過程中，由于選型匹配不合理導(dǎo)致的“大馬拉小車”或者由于不平衡、平衡過重等問題出現(xiàn)的反電流現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，反電流不僅會(huì)增加電動(dòng)機(jī)的輸出功率，降低機(jī)采井系統(tǒng)效率，還會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，增加線路損耗，減少電動(dòng)機(jī)使用壽命，因此在生產(chǎn)過程中要盡量減少或者規(guī)避反電流現(xiàn)象的產(chǎn)生。

游梁式抽油機(jī)的平衡方式主要有三種：游梁平衡、曲柄平衡、復(fù)合平衡，而薩北油田多數(shù)抽油機(jī)采用曲柄平衡方式，當(dāng)抽油機(jī)平衡率低于85%時(shí)，曲柄平衡產(chǎn)生的平衡扭矩與懸點(diǎn)載荷形成的扭矩不能相互抵消，平衡扭矩就達(dá)不到削峰填谷的目的，這就會(huì)使電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷波動(dòng)較大，影響電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)輸出[1]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)抽油機(jī)的平衡率大于等于85%時(shí)，曲柄軸仍然有負(fù)扭矩存在，此時(shí)抽油機(jī)反發(fā)電的現(xiàn)象依舊存在，由于發(fā)出的電主要消耗在線路損耗上，導(dǎo)致無用功增多，增加了能耗。

2 關(guān)鍵技術(shù)

目前現(xiàn)場(chǎng)在用的超高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)、調(diào)壓控制器、變頻調(diào)速器等設(shè)備只能不同程度地減輕反發(fā)電現(xiàn)象，而不能從源頭上徹底消除反發(fā)電現(xiàn)象。超越離合器可以利用它單方向傳遞動(dòng)力的特有機(jī)械性能，既經(jīng)濟(jì)又徹底地杜絕反發(fā)電現(xiàn)象。

超越離合器的結(jié)構(gòu)分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩部分，內(nèi)環(huán)和外環(huán)通過棘輪棘齒和棘爪嚙合，內(nèi)環(huán)的尺寸固定，外環(huán)的尺寸可以根據(jù)調(diào)參需要做出相應(yīng)改變（圖1、圖2）。

圖1 超越離合器結(jié)構(gòu)圖

在抽油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)速度大于經(jīng)過皮帶和減速箱減速后的曲柄轉(zhuǎn)速，相反，電動(dòng)機(jī)做負(fù)功。而應(yīng)用超越離合器后，在電動(dòng)機(jī)做負(fù)功的瞬時(shí)由于棘輪的脫開可實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)超越，使得原雙向動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)變?yōu)閱蜗騽?dòng)力傳動(dòng)，動(dòng)力不能反傳回去，此時(shí)電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行，不平衡負(fù)荷不再反拖電動(dòng)機(jī)發(fā)電，消除了負(fù)功，電動(dòng)機(jī)和皮帶的傳動(dòng)效率提高，系統(tǒng)效率提高，抽油機(jī)能夠節(jié)能、高效地運(yùn)行[2]。與此同時(shí)超越離合器的超越動(dòng)作實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)的動(dòng)態(tài)平衡，改變抽油舉升系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性和力學(xué)狀態(tài)，能夠提高泵效和系統(tǒng)效率。

圖2 超越離合器實(shí)物圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

薩北油田2011年在2 口井上應(yīng)用了超越離合器，選用的試驗(yàn)井均為10 型機(jī)，根據(jù)安裝前后的能耗對(duì)比數(shù)據(jù)（表1）可以看出，試驗(yàn)井在安裝了超越離合器后，提高了系統(tǒng)效率，減少了日耗電，同時(shí)泵效和產(chǎn)量都不同程度地得到了增加，因此超越離合器達(dá)到了節(jié)能、高效生產(chǎn)的目的。

表1 超越離合器安裝前后效果統(tǒng)計(jì)

超越離合器能夠提高泵效，增加產(chǎn)量，這是由于它可以利用它的超越動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，再通過四連桿機(jī)構(gòu)把這種動(dòng)態(tài)平衡傳遞到地下設(shè)備，即抽油桿和柱塞泵，通過動(dòng)態(tài)平衡可以改變抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性和力學(xué)狀態(tài)，可以達(dá)到減小抽油機(jī)振幅，減小慣性載荷，提高系統(tǒng)效率，提高泵效，達(dá)到增產(chǎn)的目的。

以B2-D6-443井為例，試驗(yàn)前的產(chǎn)液量為43 t/d，有功功率為10.87 kW，抽油機(jī)的系統(tǒng)效率為23.6%，沖程為3 m，沖速為6 min-1，驢頭的懸點(diǎn)載荷最大值為45.28 kN，最小值為14.97 kN。試驗(yàn)后的沖程沒有發(fā)生變化，沖速增為6.2 min-1，增幅為0.2 min-1；日產(chǎn)液量增為55 t/d，增幅為12 t/d；有功功率為8.93 kW，降幅1.94 kW；系統(tǒng)效率增至28.9%，增幅為5.3個(gè)百分點(diǎn)；驢頭懸點(diǎn)載荷最大值為43.05 kN，降幅為2.23 kN；懸點(diǎn)載荷最小值為16.98 kN，增幅為2.01 kN，通過示功圖（圖3），可以看出，應(yīng)用超越離合器后達(dá)到了削峰填谷的效果。

圖3 B2-D6-443井安裝超越離合器前后的示功圖

抽油機(jī)井安裝超越離合器，單井投入2 萬元，平均節(jié)電率為19.3%，單井日節(jié)電55.6 kWh，年節(jié)電規(guī)模為2.03×104kWh，每年可節(jié)約成本0.81 萬元，預(yù)計(jì)2.46年可收回成本。應(yīng)用該技術(shù)的投資回收期比較短，便于現(xiàn)場(chǎng)管理，達(dá)到了高效生產(chǎn)、節(jié)能降耗的目的。

4 結(jié)論

1）通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，杜絕了反發(fā)電現(xiàn)象，消除了負(fù)功，提高了泵效和系統(tǒng)效率。

2）在皮帶輪輪徑不變的情況下，沖速平均增加0.2 min-1，產(chǎn)量有所增加。

3）單井日耗電降幅比較明顯，平均節(jié)電率達(dá)到19.3%。

[1]金鋒.高效抽油機(jī)節(jié)能裝置[J].華北石油設(shè)計(jì),1998(4):50-52.

[2]張繼震,馬廣杰，孫景麗,等.游梁抽油機(jī)的用電發(fā)電與節(jié)能[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2001,30(4):185-187.