談變速運行優化在抽油機井上的應用

孫哲

摘 要：對抽油機井變速運行優化技術進行了簡單介紹，并闡述了具體的技術類別，最后結合相關理論研究成果，就變速運行優化在抽油機井上的具體應用與分析進行了探討與研究，以供參考。

關鍵詞：抽油機;變速運行;優化

在機械采油設備中，抽油機有著非常廣泛的應用，其特點在與可靠性強、維修便捷，且使用壽命相對較長等等。當然抽油機在運行時因為負載波動、啟動轉矩大以及曲柄角度變化等而導致能耗處于較高水平，這無疑會降低整個抽油機井的綜合效益。針對此，我們有必要針對抽油機井的變速運行技術進行優化與改進，降低抽油機井能耗，為保障抽油機井的整體產能提供有力支持。

1 概述

對于常規的游梁平衡抽油機來講，在平衡率接近1時，上下沖程耗時一致;而異形抽油機則在平衡的條件下上沖程時間短于下沖程時間，會產生節能的效果。分析表明，通過調節抽油機井變速比（上下沖程速度比），可以提高原油在泵中的充滿度;適當提高上沖程的速度，可以減少在提升過程中的漏失量，有效地提高單位時間內的原油產量，達到節電效果。對于黏度大的油井，因原油黏度上升，驢頭、光桿等部件會運行不暢，通過調節沖程頻次和選用“上快下慢”的開采工藝，能保證抽油機井的有效運行，確保油井長期穩產。

2 抽油機井變速運行技術

2.1 常規抽油機節能技術

常規游梁式抽油機主要以四連桿機構作為運動傳遞部分，其功能就是將電動機的旋轉運動轉化為懸點的反復運動。在抽油機運行過程中，懸點會受到交變載荷的作用，并受到下泵深度、桿徑、泵徑、油壓等因素的影響。抽油機變速運行優化中節能技術也有著比較廣泛的應用，當然其節能原理趨于一致，均是以抽油機平衡狀態優化為目標，促使凈扭矩曲線與一條直線趨于一致。

2.2 抽油機超越離合器技術

超越離合器的工作原理就是通過主動件與從動件的轉速變化以及回轉方向的變換，實現自動接合與脫開。在接合狀態下，主動件會帶動從動件共同轉動，而超越狀態則是指主動件與從動件相對脫離，并各自以一定的速度回轉。作為一種機械離合器，超越離合器的運行原理相對特殊，其在機械傳動中主動部分的相對運動速度變化以及旋轉方向會決定其進入結合或脫開狀態。驅動元件只會從單一方向來轉動從動元件，在驅動元件轉動方向改變的情況下，從動元件則會與其相脫離，從而避免動力的專遞。在電動皮帶輪上安裝超越離合器，基于原有的油井工作機制，使雙向動力傳動轉化為單向，如此電機發電就會受到抑制，如此一來電機與皮帶傳動效率就會提升，進而提高產能，同時減少能耗。

2.3 變速運行技術

現階段，大部分情況下抽油井變速運行技術都是利用變頻調速來實現沖刺的調節，該項技術除了可以平滑的調節沖次，同時還具備啟動轉矩大、啟動電流小的特點，并且電機啟動也會因此趨于柔性化，這對于抽油機井而言是具有比較良好的適用性的。在調節與優化參數時，實踐中可以對抽油機井驅動電機中的上、下沖程對應頻率進行設置，從而有效控制頻率投切，促使上、下沖程狀態下的系統電機轉速比例呈一定規律，最終將運行模式轉變化上快下慢、或者上慢下快。該模式下抽油機的節能效果將會得到增強，并且其運行效率也會得到提升。

3 變速運行優化在抽油機井上的具體應用分析

3.1 曲柄運動中變速度計算

抽油機井變速運行計算的內容以抽油機井桿柱瞬時速度為主，這是確定抽油機井產量的關鍵參數。在實際分析過程中，需要對抽油機井的生產參數進行收集與分析，并基于理論層面對抽油泵柱塞截面積、沖程、沖速等數據進行計算。如下為等效懸點沖速的計算式。

根據上式，n表示等效懸點沖速（單位min-1）ωup、ωdown分別表示的是上、下沖程狀態下，電動機的旋轉角速度;θup、θdown則表示上、下沖程狀態下，曲柄的轉過的角度。

在勻速運行狀態下，抽油機的沖速為n，那么每個沖程下的循環時間用下式表示。

根據推到可分別得出上、下沖程下曲炳角的速度，即：

3.2 現場試驗

為了對理論計算與現場實際的擬合情況加以驗證，確保二者趨于一致，相關人員分別在3口油井上做了變速運行試驗，并根據現場試驗結果對百米噸液耗電與變速比的關系圖進行了繪制，如圖1。

根據試驗結果可知，在能耗與變速比變化擁有一致發展趨勢的情況下，3口井的能耗最低值點依然存在差異。考慮到生產參數的不同，因此需要對相應的變速運行最佳點加以確定，并對3口井的液面深度進行了調整，并以1.1～1.2來控制變速比的變化，對百米噸液耗電值進行了計算，從函數層面確定百米噸液耗電與變速比的關系與規律，從而確定不同動液面深度以及變速比條件下百米噸液耗電的最低值，具體如圖2所示。

根據計算結果，在變速運行過程中抽油機井的能耗最低值所對應的變速比一直在1.0以上，然而事實上這一最低值并非一成不變。其依然會受到液面深度的影響。

4 結束語

總而言之，針對抽油機井運行參數的調節與優化，其能耗值主要會受到沖速的影響，在沖速較低的情況下，抽油機井的能耗也處于較低值，這與實際的產能需求顯然有著較大的差異。考慮到抽油機井的結構相對特殊，因此需要對抽油機井運行控制模型進行構建，并基于變速優化運行理論，在沖速相同的條件下，對抽油機井的最佳變速比加以確定。在本文研究中，筆者借鑒現相關學者的現場試驗結果，對抽油機井變速運行的能耗變化進行了測評，并遵循合理化原則，對抽油機井變速運行參數的調節范圍加以確定，同時也提出其變化規律，旨在為實現系統效率的提升提供支持，為達到抽油機井節能降耗目標奠定理論基礎。

參考文獻：

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