游梁式抽油機系統能耗分析及對策研究

鄭海濤，俞家善，陶 媛，張富新，張巖峰

（1.中國石油吐哈油田公司三塘湖采油廠，新疆哈密 839000；2.中國石油吐哈油田公司工程技術研究院，新疆哈密 839000；3.中國石油吐哈油田公司魯克沁采油廠，新疆哈密 839000）

0 引言

游梁式抽油機在抽油機中處于主導地位，同時，它的能耗在采油成本中也占據較大的比重，因此要注重對游梁式抽油機節能技術與方法實施改進，降低油田能源消耗[1]。另外，油田采油工作環境條件復雜惡劣，且抽油機要帶動抽油桿上下往復運動換向數萬次，承受巨大的載荷，抽油機系統的穩定性與可靠性至關重要[2]。注重井下工作與地面工作，完善優化整個系統，才能保證抽油機的平衡，提高系統效率以保證油田開采質量。

1 游梁式抽油機系統能耗高原因分析

1.1 電機功率利用率不匹配

經濟負載率指電機效率最高時的負載率，在實際情況下，油田采油工作中相關系統器械難以保持高效率，一般來說，電機的負載率在76%～100%，屬于電機的正常負載率。但抽油機負載率周期不固定，伴有極強的波動性，若負載率低，電機效率也會降低，進而影響抽油機系統效率[3]。另一方面，抽油機通常采用異步電機，且抽油機的啟動是帶載啟動，存在巨大的慣性矩，由上下固定點啟動，但抽油機是以轉矩運行，致使最大扭矩之間的能耗，同時，在電機的選擇上，考慮到油井生產的不同，選擇功率大的電動機，加劇能量的消耗。

1.2 抽油機的平衡

抽油機需要保持平衡才能在電機工作時電流波動穩定，避免電機功率出現負值現象，減少不必要的耗電，但抽油機在工作中難以保持平衡，同時，電機的變動損耗為抽油機主要的能量消耗，且在傳輸過程中產生固定消耗，電機不能有效調整就會失去平衡，加大電流的波動程度，增加能源的消耗[4]。再者，游梁式抽油機工作過程為上沖程與下沖程，上沖程懸點載荷為油液與抽油桿的重力與慣性力，下沖程懸點載荷為抽油桿的重力與慣性力，因此，工作懸點載荷的變化浮動增大，產生周期性波動載荷，進而引發電機輸出端負載與沖擊載荷，導致大量的電能消耗[5]。

1.3 電機參數不合理

電機參數是否合理影響抽油機井的能量消耗大小。具體的抽油機井生產參數由沖程沖速、沉沒度和油泵的泵徑構成，電機參數合理，節能效率高。若油井供液不足，會使抽油機系統負載率波動變大，降低工作效率。

1.4 井下泵的效率低

井下泵的低效率也會使抽油機系統產生能量消耗，在實際工作總結與研究中發現，導致井下泵效率低的第一個原因是地面拖動設施不合理，再加上電機功率利用率低，產生井下泵效率低。第二個原因是油田地下油層的發育差且供液能力差，進而產能也差，同時，抽油機沖程沖次利用率低。第三個原因是井下工具的結構安排、尺寸強度以及組合方式的不合理，加劇能耗的增加，加上對抽油井管理的疏忽，使機井達不到有效功率。第四個原因是井下泵的低效率也會受井斜、井筒流體的組分與物性。當前，油田開采工作中普遍存在抽油機泵低效率現象，且最終生產效率不足50%，能耗利用率低，導致整個抽油機工作效率降低[6]。

1.5 傳送帶的能量消耗

油田采油工作量巨大，整個過程需要協調有序進行才能保證最終的工作質量與成效，因此，除了電機損耗加大抽油機能量損耗外，傳送帶的能量損耗與其他流程的問題都會對抽油機的效率造成影響。

2 降低系統能耗的對策措施

2.1 優化抽油機井裝機功率

目前，電機功率的利用率在采油工作中效率極低，主要原因是由于長時間的工作，產生的不確定因素影響，抽油機負載時刻交換，波動幅度大，使機器長時間過載工作運行，縮短電機的使用壽命。電機的合理區間在30%～60%，若電機利用率提高10%，效率就會提高5%，但是一旦利用率到達60%，電機就會產生過載現象，科學合理地將電機利用率設置在40%，就能在保證機器高效運行的同時，也保證電機的使用壽命[7]。

2.2 優化游梁式抽油機平衡方式，提升抽油機平衡度

（1）采用異相型游梁式抽油機，異相型抽油機有一個平衡相位角，即曲柄平衡塊中心線與曲柄對稱中心線的偏離角度，能將抽油機下死點對應曲柄位置滯后一個相位角，并且以井口在右側為準，順時針旋轉，使曲柄軸的輸出扭矩曲線呈平緩狀態，由此降低電機的輸入功率，達到節約能源的目的。

（2）游梁式抽油機在負荷情況下處于一種沖擊性周期變更，啟動的扭矩變大，沖速過程中負載波動大，要注重為抽油機提供強大動力設備的電機實施改造，利用抽油機專用電機，如稀土永磁電機、超高轉差率電機，能提供啟動所需要的轉矩，同時，也能有效降低裝機功率，提升電機的效率與功率。

（3）采用雙驢頭抽油機，優化4 連桿機構，利用柔性連接部件，使運行抽油機的扭矩變化與抽油機的負荷曲線趨向一致，減少扭矩過大產生的高能量消耗，合理使用變距平衡達到節約能源的目的[8]。

2.3 提升井下抽油泵效率

（1）系統實施優化，強化系統的機械效率，確保抽油機載荷率在60%～80%，注重技術水平的提高與發動機效率的提高。采用平均功率法，調節平衡技術，提升傳送過程中的效率，要注意對設備的管理，對已損壞的皮帶及時更換，再依據抽油機的具體特點與采油過程中的特點，合理把握皮帶的松緊程度。

（2）合理化沉沒度與工作方式，對氣體能量合理管理與利用，不斷改進創新，對泵結構實施優化，提高泵的能效與防腐蝕能力，適應復雜的環境。

（3）根據實際情況采取抽停，合理控制間歇生產。

（4）對桿管的彈性損耗進行控制，合理協調供采，優化動力配置，調整參數。

（5）注重日常對機采系統的維護與管理，機器要定期清理清潔，具體方式可利用加藥加熱洗，降低抽油機負荷與油井的工作耗電量，還可采用對井口回壓套壓控制減少提升機采系統效率，注重對原因的發掘與分析，采取針對性措施。

（6）根據實際情況對抽油機的平衡進行調整，保證機采機械效率的提高。主要原因是如果抽油機平衡差，相應的電機需要的功率就會大，致使耗電量增強。因此要對抽油機的平衡實施嚴格監控；根據不同油井狀態與特點，選用與實際相符合的電機，達到資源的合理分配與利用，減少功能的損耗。要注意對實際操作工作的指導，培養工作人員的應急處理能力，換機工作要有明確的流程與專業化的指導，若電機負載率低就調大，電機的負載率高就依據實際調小，科學合理控制能耗，提高機采機械效率，進而提高整個油田采油工作效率。有關工作人員也要注重提升自身專業能力，強化對抽油機保養與調整，優化最終效率[9]。

2.4 優化抽油機井生產參數

在油田開采過程中，需要各個環節的把控與加強，任何環節出現錯誤，都會對最終的采油成效產生巨大的影響。由此，對于抽油機井的機、桿、泵要依據油田特征選擇型號與性能，既保證質量，又保證能源的節約，同時，還要注重對工作參數的整合優化，在堅持高系統效率與供排協調的前提下，對油井的投產與井況改善采取有效措施，適當采取其他增產措施。通過實踐試驗與研究，參數較大的井，就要合理下調沖程以及沖程參數，調整油井沉沒度，增加泵掛深度，再對井實施平衡調整，在不斷的改善與調整中，促使抽油機井達到實際需要的平衡，優化生產參數，單井產量不會發生大幅度下降，抽油機整體效率大大提升。利用參數優化提升抽油機系統效率，投入資金少、見效快、節約成本。

3 結束語

油田開采過程中會出現各種各樣的問題，其中，最應重視是能源消耗增大，每個環節都相互聯系，任何環節出現問題，都可能影響最終的質量與效率，在抽油作業中，雖然抽油機只是其中一個環節，但對采油系統節能有極大的影響，游梁式抽油機要保證能源的節約，就要強化平衡管理，注重提升油泵效率，優化管理監督，有效降低能耗，提高采油系統效率。