游梁式抽油機可變沖次調速節能裝置應用試驗

王群章　鄧世彪　劉盛益　李飛　陳健康

摘 要：本文針對游梁式抽油機電機負荷率低，大馬拉小車，能耗高，不能根據生產需要及時調整沖次等情概況，試驗一種新型可變沖次機械調速節能裝置。該裝置結構緊湊，傳動效率高，同等條件下降低電機功率1-2個等級，根據工況變換不同的速度。通過現場試驗表明，其節電率達30.96%，節能降耗效果顯著，具有較好推廣前景。

關鍵詞：游梁抽油機;變沖刺;節能裝置;試驗

游梁式抽油機是世界上最主要的油田采油設備，具有結構簡單、易損件少、故障率低、維修簡便等優點，但也存在啟動困難、平衡效果差、系統效率低等缺點。由于抽油機周期負荷的特殊性，抽油機正常運行時，電機平均負荷只有額定負荷的30%左右，為使電機滿足生產需要，高配低能“大馬拉小車”現象成為必然，進而使電機一直在低效率下運行，造成能源浪費[1-2]。

近年來，我國中東部油田進入開發后期，為適應中低液量效益開發，減少管桿磨損和電力消耗，降低抽油機沖次，先后采用了變頻電機、多極電機、二次減速裝置、換擋調速裝置等節能產品。在使用中存在變頻器壽命短，多極電機效率低，減速裝置和調速裝置皮帶更換頻繁等問題[3]。為此試驗應用了一種新型可變沖次機械調速節能裝置。

1 結構原理

1.1 結構組成

節能裝置由lE4高效節能電機、變速裝置、皮帶輪組成，其外形結構如圖1所示。電機的輸出軸與變速裝置的輸入軸固定連接，變速裝置的輸出軸上安裝皮帶輪，三者通過軸和鍵聯成一體，結構緊湊。該裝置由底座固定在原抽油機電機底座上，安裝使用方便。

1.2 工作原理

可變沖次調速節能裝置以小功率高速節能電機替代三相異步電動機，通過減變速裝置，降低輸出轉矩，增大輸出扭矩，滿足抽油機正常啟動，解決了啟動扭矩大問題。同時配備三擋沖次，可隨時根據有機試劑生產情況對沖刺進行調整。

2 技術特性

①通過變速箱減速比較寬的特性（200-730r/min），減速增扭減小電機功率，提高電機負荷率和效率，傳動效率高，同等條件下可以降低電機功率1-2個等級;②通過減速器的柔性運動改變電機的機械特性，使機、桿、管、泵整個系統達到較好的融合，提高系統效率;③增大皮帶輪的包角，減少皮帶打滑剖失效的損耗，整個系統運行平穩可靠;④2～3檔速度的匹配，滿足了生產的需要，達到提高機采效率節能降耗的目的。

3 對比試驗

作8極45kW和4極30kW電機的負載率和效率的對比實驗，如圖2所示。

在同等工況下，抽油機電機平均負載率在30%左右，抽油機可變沖次節能拖動裝置平均負載率可達到50%左右[4]。

2019年3月HN油田趙安4048井安裝1臺節能裝置進行試驗，經油田檢測中心對比測試，更換節能電機后節能率為30.96%。詳細檢測結果見表1。

4 效果分析

4.1 降低電機功率

電機極數越多，體積越大，重量越重，鐵損和銅損越大，效率越低。該節能裝置以lE4高效節能電機為驅動力，采用變速裝置減速后，比原有電機輸出轉速低，通過降速增加轉矩，降低了電機功率。

4.2 提高效率

節能裝置由齒輪定制轉速。其轉速比原有電機轉速低，在減速增扭降低電機功率的基礎上，裝置輸出端的皮帶輪比原系統的皮帶輪大（沖次液量不變），增大皮帶傳動效率，減少了由于皮帶包角小打滑產生的抽油桿震蕩消耗的能量，提高了系統效率和電機功率因數（趙安4048井，功率因數由原來的0.259，提高到0.708）。

4.3 高精度傳動變速技術

采用高精度斜齒輪傳動變速機械，具有減速比高、輸出轉速檔多、傳動效率高、運轉平穩、噪音小、安裝方便、密封性好、維護量小，使用壽命長等特性。

4.4 減輕勞動強度

油井調整沖次只需要停機切換變速手柄，快速便捷，減輕了勞動強度。

4.5 減小變壓器容量

電機功率減小后，配套變壓器容量相應減小。

5 效益評價

以趙安4048井為例，在相同工況下，更換前12極37kW電機，功率利用率20.19%，產液單耗14.23kW·h/t，更換后4極18.5kW電機，功率利用率28.54%，產液單耗9.82kW·h/t，節電率30.96%。每天節電55.51kW·h，年節電20261kW·h，每度電按0.7866元計算，年節約電費1.59萬元。一臺節能裝置投資費用3.5萬元，則3.5/1.59=2.2年即可回收成本。

6 結論

游梁式抽油機可變沖次節能裝置通過使用節能電機，變速增加扭矩，降低電機功率，增大載荷率，提高系統效率，節能效果顯著。該裝置可動態調整沖次，滿足油田生產需求，具有較好推廣應用價值。

參考文獻：

[1]王群章，李飛，沈和平，鄧世彪等.游梁式抽油機調速換擋裝置的研制與應用[J].中國化工貿易，2019（5）：107-110.

[2]王群章，施珠華，陳楊，王飛抽油機自調尾平衡裝置的研制與應用[J].中國石油天然氣學報，2014（10）：210-211.

[3]王群章，陳楊，劉勤，王飛.抽油機節能技術的集成應用[J].中國石油天然氣學報，2014（3）：376-378.

[4]藏伯興.游梁式抽油機可變沖刺節能拖動裝置技術[R].無錫：無錫華東電機科技發展有限公司，2018.

[5]郭勤良，王釗，王群章.稀土永磁電機在抽油機上應用分析[J].石油礦場機械，2005（2）54-56.

作者簡介：

王群章（1962- ），男，高級工程師，碩士，現從事石油機械工程技術工作。