抽油機節能控制技術的應用分析

邢 磊 李發旭

（長慶油田第三采油廠，寧夏 銀川 750006）

抽油機節能控制技術的應用分析

邢 磊 李發旭

（長慶油田第三采油廠，寧夏 銀川 750006）

我國油井大多采用的常規游梁式抽油機，存在著能耗大的缺點。隨著我國經濟的發展，石油的需求量越來越大，原油開采的難度增大，開采成本增加，對常規抽油設備進行節能控制，或采用新型節能抽油設備，對降低開采成本，提高油田經濟效益并達到國家節能減排的要求具有重要意義。本文就抽油機采油系統節能控制技術應用必要性、抽油機能耗大的原因及解決方案、抽油機節能控制技術的應用等幾方面進行了論述。

抽油機；節能控制技；應用

隨著社會經濟的飛速發展，我國對石油的需求量增長快速，由于不斷的開采，使我國油田中自噴井越來越少，很大一部分油井已進入中后期開發階段，原油的含水量不斷增加，油井動液面和油層壓力成下降趨勢。原油產量隨著含水率的升高而遞減，必須加大采液量才能保證原油穩產，并且開采時需要靠注水壓油入井，再用抽油機把石油抽上來，所以機械采油已成為國內各油田主要的原油開采方式。目前機采方式又分為抽油機采油﹑螺桿泵采油和電泵采油。其中抽油機在油田開采中的應用量非常大，是很重要的開采裝備。傳統的抽油機需要高速運轉，普遍存在著起動沖擊大，運行耗能多，效率低下﹑斷桿﹑燒電機等等諸多問題。如果能把現有的抽油機的能耗降下來，將為油田的生產節約大量成本，大幅提高油田有經濟效益。

一﹑抽油機采油系統節能控制技術應用必要性

抽油機的使用已超過100年的歷史，到現在國內外油田仍普遍使用。抽油機中最為常用的是常規游梁式抽油機，其開采的油量占全部機械采油的80%以上，這種抽油機具有結構簡單﹑制造容易﹑可靠性高﹑耐久性好﹑維修方便等特點，但這些特點也決定了常規游梁式抽油機載荷率低﹑效率低和能耗大等缺點。我國90%以上的油井需要抽油機采油，使抽油機能耗占到了采油成本的40%以上，僅次于注水成本。另外，隨著科學技術的不斷進步，新型的抽油機也不斷的出現，如國產數控抽油機﹑鏈條式抽油機﹑液壓抽油機等等，但這些新型的抽油機都存在著一些問題如價格昂貴﹑性能不可靠﹑維修保養不方便﹑操作技術要求高等，這些問題限制了新型抽油機的進一步推廣使用。因此研究開發新型節能型抽油機和對現有的抽油機進行節能控制顯得非常重要，這對降低采油成本，提高油田企業的經濟效益及達到國家節能減排的要求具有非常重要的意義。

二﹑抽油機能耗大的原因及解決方案

抽油機能耗大的主要原因是：①由于曲柄配重形成幾何偏心，轉動慣量極大，必須要配套大容量電機才能正常啟動，而運轉時又導致了大馬拉小車現象，使無功損耗增加；②不同的曲柄角度的平衡效果是不一樣的，平衡效果越差，能耗就越大；③抽油桿下落時所釋放的機械能除了部分轉變成平衡重的位能，還有部分通過電機的再生發電狀態轉化成了電能，但所產生電能又不能被電網全部吸收，造成了能量的浪費；④負轉矩的存在又加速了曲柄銷的破壞，使減速器的齒輪經常受反向負荷，降低了抽油機的使用壽命。

抽油機采油系統可以分為以下幾個子系統：電動機及控制裝置﹑連桿機構﹑懸點載荷平衡裝置和傳動元件。降低抽油機能耗可以從幾個子系統方面入手，目前的節能技術研究主要是對抽油機本身的機械結構進行改造，而達到節能的目的。一是減少傳動機構，減少運動件，從而減少摩擦，降低傳動所需的動能，提高機械效率。二是改變平衡方式，減少啟動所需的功率，從而減小裝機功率，改變大馬拉小車的現象。三是針對現有抽油機安裝節能控制裝置。

三﹑抽油機節能控制技術的應用

1改進抽油機的結構

優化設計抽油機四桿機構和改變抽油機平衡方式，從而改變抽油機曲柄軸凈扭矩曲線，達到減小負扭矩目的，使扭矩波動趨于平緩，減小抽油機的周期載荷系數，以提高電動機的工作效率，達到節能的目的。通過改進抽油機的結構，成為新一代的節能型抽油機，主要有異相曲柄平衡抽油機﹑直線電機式抽油機﹑雙驢頭抽油機﹑前置式抽油機﹑漸開線抽油機等，這些新型節能型抽油機在保持常規游梁式抽油機的優點的基礎上，還具有了低沖次節能和系統效率高等優點。其中，漸開線抽油機是其中的典型代表，不但節能效果好，還使曲柄軸凈扭矩曲線變化平緩，消除了負扭矩，降低了減速箱額定扭矩，減少了裝機功能，是新型抽油機的研發的主要方向。

2電機定子繞組調壓控制技術

因游梁式抽油機的裝機功率較大，只在啟動時才負荷運轉，根據游梁式抽油機的實際運行情況來看，工作的功率僅為裝機功率的三分之一左右，針對這種大馬拉小車的情況，采用繼電接觸器對抽油機電動機定子繞組進行切換，來實現對電機調壓的目的，達到有效降壓節能的效果。抽油機要求啟動轉矩大，啟動時定子繞組接成三角形，當啟動后正常工作時，定子繞組就會改變接法，改為星接法，通過改變電機定子繞組的接法實現減壓的功能，從而減少了電量的浪費。

3節能控制裝置的應用

根據基本原理，節能控制裝置可為兩類，一種是變頻控制裝置，另一種是電能跟蹤回饋裝置。變頻控制裝置可以根據需要改變電源頻率，降低電機的轉速，減小電機的功率，改善電網環境，實現電機軟啟動，降低了能耗。但該類裝置存在著頻率降低時，沖次變小，影響油井的產量的缺點。電能跟蹤補償裝置使用的是晶閘管調壓調流控制技術，利用集成控制模塊動態的根據負載變化來調節輸入電機的電壓和電流，電流始終保持在適合抽油機工作的狀態上，保證電動機的輸出功率與負荷需求精確匹配。這種裝置可以自動跟隨控制，在不減少抽油量的前提下實現節能效果。這類裝置配還具有軟啟動功能，減少了沖擊電流對電機絕緣的破壞﹑降低電機運行溫度﹑延長使用壽命，提高了抽油機的適用性，達到高效節能的目的。

總之，在當前石油開采難度增大的情況下，要保證原油產量，并達到節能減排的要求，就必須研發新的節能控制技術，并對現有的抽油設備進行必要的改造，才能節約能源，提高抽油機的工作效率﹑延長使用壽命，并提高企業的經濟效益。

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[2]劉晨,趙萬春．常規抽油機節能潛力分析及對策[J]．石油和化工設備,2011（14）．

[3]魏興旺．基于PLC控制技術的抽油機變頻調速系統設計[J]．中國科技信息,2010（18）．

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