探討抽油機采油系統節能技術

趙南京等

摘 要：抽油機作為一種廣泛應用的原油生產工具，在運作過程中耗電量極大。因此，如何保證抽油機采油系統在運作時低能高效逐漸成為了人們關注的目標。本文結合抽油機的實際應用情況，探討一下節能技術在抽油機采油系統中的應用，并對研發出的新型節能設備做簡單介紹。

關鍵詞：抽油機；節能技術；研發；應用

前言

機采石油主要分為電泵、螺桿泵和抽油機三種采油方式。其中有七成以上的采油井采用抽油機來進行采油作業，而這些抽油機的耗電量可以達到油田耗電總量的40%，耗能巨大。隨著石油開采的高消耗在得到人們的廣泛關注以后，對抽油機采油系統節能技術的研究也成為了當前石油開采項目的研究內容之一。許多先進的抽油機節能技術逐漸被研發并投入到使用當中，也取得了一些技術成果。

1.抽油機節能技術的研究

抽油機節能技術的關鍵是保證機器在工作過程中采出液可以始終保持供采平衡，同時保證電機輸出的功率可以和抽油機的負荷比配。據此，對于抽油機節能技術的研究主要圍繞兩個方案進行，分別是變頻調速確保節能控制自動化和通過機械調節方式確保節能控制。

首先是變頻調速確保節能控制自動化方案。由于使用過程中的抽油機不便于結構改造，因此選擇在采油系統中安裝節能控制箱來確保節能開采的實現。這種控制器主要通過采集井下葉面值、輸出功率和電機轉矩等實現閉環控制，其中這三個數值分別為外環、中環和內環。外環控制系統控制井下液面，可以從宏觀上調控油井的工作間隙和電機運轉的平均速度，這種控制以小時來進行計算。中環控制系統控制輸出功率，按分鐘計算來進行控制，以保證泵體的充滿。最后，內環控制電機轉矩，以秒計算，保證抽油桿可以合理受力，同時確保驅動電源的電壓不會過高。在這種節能技術的研發過程中，智能控制單元的設計成為技術難點。想要解決這一問題，首先需要研發適合的系統軟件，同時還需要有豐富的理論和實踐經驗并通過現場反復實驗才有可能突破。

其次是通過機械調節方式確保節能控制的方案。這種調節方式一種是根據力學原理等一些理論知識，對現有的抽油機進行優化和改良，以減少它在使用過程中能源的耗損，這一點在下文以游梁式抽油機為例來說明。另一種是采用無級變速器以智能的方式達到節能控制，傳統的抽油機它的工作始終按照設定參數來進行，而這種智能控制方式可以根據交變載荷和電機功率的變化，讓抽油機可以根據實際情況來作工作參數的調節，從而降低抽油機在使用過程中的能源消耗。

2.抽油機節能技術的應用

游梁式抽油機是現階段應用最為廣泛的油田抽油機，也是油田中最主要的電能消耗設備，這種抽油機能量消耗高主要是由交流電機的內在特性所決定的，當抽油機運作時，短時間內懸點的負荷就會增大，電機的實際功率跟蹤會加快，導致抽油機實際的出力多，但并沒有完全用作舉升，而是在機械的內應力中被消耗。此外，當油田下的供液能力有變化時，抽油機還按照原有參數來工作也是這種抽油機耗能高的原因之一。因此，對游梁式抽油機進行節能優化主要從一下三個方面著手。首先，改變傳統游梁式抽油機的機體機構，設計并制造出新型機體。其次，提高抽油機的電動機負荷率。第三，改變傳統電動機的特性，將機械化改造成節能化，以保證它與負荷特性的配合。

2.1節能抽油機的研發

在傳統游梁式抽油機的基礎之上，結合新型的節能技術研制出的一系列抽油機都有著比較明顯的節能效果。

雙頭驢游梁抽油機。這種抽油機有兩種樣式，其中前置型的雙驢頭抽油機可以有效的把扭矩的波動降低，從而緩解因平衡問題所造成的傳統抽油機的過度耗能，其工作原理是將變矩技術應用于傳統的抽油機身上，讓懸掛平衡重與偏置平衡重共同為平衡起作用，從而解決傳統游梁抽油機的平衡問題，達到節能的目的。而另一種異形雙驢頭抽油機，其設計特點是把第二個驢頭安裝在了游梁的后臂上方，以驅動繩代替連桿。這種設計方式使得游梁和連桿的連接變得柔性化，當抽油機進行工作的時候，曲柄轉角使游梁后臂長度發生變化，從而讓曲柄凈扭矩降低，最終達到降低耗能，提高機器效率的目的。

調徑變矩型抽油機。傳統游梁抽油機的游梁多是直梁，而這種節能抽油機的游梁則為彎游梁，它讓曲柄平衡成為了游梁平衡，組成彎游梁的吊臂的截面是一種漸變截面，上大下小，有效的減小了風的阻力。同時，吊臂下端的平衡重可以調整下置的幅度，保證平衡效果，這些都有利于抽油機在才有過程中能源消耗的降低。

異相曲柄型抽油機。這種抽油機在設計時把游梁后臂長度進行了縮短。這相當于把減速箱的位置后移，從而使得軸承中心到曲柄中心的水平距離和游梁后臂長度差成為了曲柄的半徑值。這種抽油機在運作時游梁和曲柄同在水平位置，偏置角為曲柄和平衡重兩者中心線的夾角。這種抽油機的節能原理是讓曲柄凈扭矩的波動變小，從而使電動機的電流波動也變小，相對應的系統效率就會得到提高，從而保證機器的節能操作。

2.2節能電動機的使用

傳統游梁抽油機所使用的電動機的性能和抽油機自身的負荷不相匹配，從而造成了設備工作效率低、耗能高，因此，想要節能降耗也可以采用先進技術讓抽油系統中的電動機與抽油機負荷相匹配，基于這個目的所研發出來的電動機充分考慮了設備的節能目的，在實際的應用中都有較好的節能效果。

以雙定子電動機為例。這種電動機內部設有雙定子，抽油機在運轉的開始階段需要的起動力矩很大，兩部分的定子被串入到電動機之后，可以有效的增加電動機的輸出力矩。在保證機器運轉起來以后，可以切斷其中一部分定子，這樣既可以保證抽油機的正常運行，同時也降低了能源的消耗。但是由于這類電動機生產的成本較高，因此沒有得到廣泛的使用，還需要我們做進一步的研究。

3.小結

綜上所述，對于抽油機采油系統的節能研究現階段已經取得了一些成果。除了能通過合理的平衡保持降低耗能以外，還應該加大其它方向的研究力度，特別對是智能化節能控制技術的研發，相信它將會是未來我國抽油機節能控制技術研究的最終方向，

參考文獻：

[1]王曉，嚴錦，李濱城.游梁式抽油機運動分析及動態靜力分析[J].科技創新導報，2010（35）

[2]蔣仕民.游梁式抽油機節能技術在河南油田的應用分析[J].石油天然氣學報，2010（04）

[3]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（06）