游梁式抽油機混合動力節能參數優化

謝 強，王廣明，譚 雷

（渤海裝備（天津）新世紀機械制造有限公司抽油機制造廠，天津 300280）

1 抽油機液壓混合動力系統節能原理

1.1 節能系統組成

游梁式抽油機主要采用的節能系統為泵送液壓混合動力系統，主要作用是減少電機軸上的能源懸掛點凈轉距的轉矩波動率。其中，為了提高能源利用效率，可以充分利用電機上的額定容量，在節省能源的同時，最大程度提升其利用效率。除此之外，二級組件以及液壓蓄能器、壓力傳感器等可以有效組成液壓系統具有的液壓能量。單向離合器主要位于電機和減速機之間，若將液壓能量添加到單向離合器之上，能夠穩定單相泵電機的傳輸功率。若游梁式抽油機只是將節能系統能量進行轉移，是無法達到節能降耗效果的，兩者之間無法達到一個平衡點，會加重能源的消耗。此外，電機是游梁式抽油機的核心元件，抽油機工作時電機產生的能耗，無形之中會加劇能源消耗[1]。

1.2 系統節能原理

對于整個系統來說，大負載狀態下的抽油機形成的下沖，能夠促進混合動力節能抽油機系統的增強，抽油機負荷率的增強，需要相應降低電機額定功率。但是以此為基礎，會導致冷啟動轉矩無法正常運轉。為了保證抽油機正常運行，抽油機必須要進入冷啟動階段。冷啟動的流程包括如下部分。

首先，在啟動過程中，需要發動機進行反演，減速器以及傳導機制等進入關閉狀態，單向的速度轉矩需要保證離合器通過。此外，二次液壓泵的開關組件主要是閥，閥位置的更換需要控制器來改變。最后，液壓油泵空氣蓄能器能夠保證冷啟動過程的順利完成。

接下來進入冷啟動階段。該階段的主要作用是將抽油機的電能轉化為液壓能源。冷啟動必需依靠儲存在汽車蓄電池中的能量，啟動階段的下沖需要連接單向離合器，變換轉速方向。下沖抽水需要利用控制器調整輔助換向閥位置，以此上升液壓馬達以及驅動驢頭等。為降低電機重力勢能消耗功率，需要釋放能量流，緩沖罐在液壓泵的驅動下，最終轉化下沖階段電能，得到液壓能源。

2 游梁式抽油機混合動力節能參數優化

2.1 抽油機井裝機功率優化

目前，抽油機具有較低的電機功率利用率，長時間運用電機，導致抽油機電機功率急速下降。開采石油需要大量時間，并且工程期長，井下抽油工作一般在22 h 以上。而電機規定的正常工作時間在22 h 以內，如果開采時間高于22 h 會嚴重增加電機負荷功率。一旦負荷能力超出自身范圍，會嚴重降低電機使用壽命。30%～60%是正常抽油范圍區間，為維持正常石油開采工作，抽油井需要在井下長期工作。根據目前使用狀況，抽油井的使用率已經高達60%以上，導致抽油機電機嚴重過載。為改善這種現象，使抽油機井裝機功率更加優質，需要合理把控其使用時間，降低其使用率，將日常使用功率維持在40%左右。使其工作效率得到高質量提升的同時，延長抽油機使用時間。

2.2 關于游梁式抽油機平衡方式以及平衡度的優化

為了能夠調節游梁式抽油機的平衡，達到節能降耗目的，為此要使抽油機的平衡度達到穩定狀態，需要從以下幾點入手。

（1）游梁式抽油機的使用，無法促進節能目標的實現，需要降低電機輸入功率。因此需要從曲軸的中心線和對稱曲柄配重中心線偏離的角度，順時針右側旋轉曲柄位置死點滯后的相位角。輸出扭矩曲線的輸出需要曲軸保持在溫和狀態，以此實現節能降耗。

（2）如果沖擊負荷存在較大周期性變化狀況，負載波動會受到抽油機啟動力矩影響，力矩越大，其打孔速度會越快。強大的動力能夠為其改造提供強有力的支撐，在這一過程中，可以選用稀土永磁電機：一方面可以將扭距提供給電機，另一方面該類型電機用于抽油機中在一定程度上可以減少裝機功率。

（3）可以相應優化調整連桿機構。在進行轉矩變化泵送單元操作中，可以有效借助柔性連接件，其主要作用是收斂負荷曲線。因為受不斷降低的轉矩影響，能量消耗會過低。當能量流失去平衡時，則無法有效節約能源[3]。

2.3 提升井下抽油泵工作效率的方法

首先，為了能夠優化抽油機井下抽油泵系統，使負載力能夠在不同機器之間達到平衡狀態，需要采用平均功率方法，維持抽油機的負載率在60%～80%。同時，還需要實時監測抽油機泵的磨損量，結合抽油機泵的日常工作特點和工作效率，不定時檢查和調節皮帶。在對設備進行嚴格管理和合理配置的同時，能夠延長抽油機的使用壽命。

其次，為能夠合理化保證油梁式抽油機的工作，可以優化調整抽油泵的結構。對現代天然氣能源進行相應創新和改進，制造能夠抵抗惡劣復雜環境的耐腐蝕泵。目前，游梁式抽油機存在使用壽命縮短、能源消耗大等問題，可以通過批量生產的方式，合理把控這些問題。游梁式抽油機中損耗較大的是控制桿管，對其參數做優化調整，生產與供應進行相應協調處理。在對其功率進行優化分配的同時，減少該類組件的消耗。

再次，日常維護和管理是必不可少的。運用化學加熱方法清洗機器，能夠降低抽油機的負荷量。與此同時，機械生產效率的控制，離不開壓力控制。面對不同的維護和管理情況時，需要結合實際狀況有針對性地進行調整。

最后，抽油機內設備和組件繁多，為穩固提升其機械效率，需要使組件的運行維持平衡。一旦處于失衡狀態，電機得不到大量功率的維持，便無法進行正常工作，需要做好以下3個方面工作。

（1）電機型號的選擇。需要考慮的因素包括電機運行功率特性以及工作時間，合理配置現有資源，降低資源損耗，有效提升其運行功率。

（2）通過技能培訓，提高操作人員的反應以及維修能力，幫助工作人員能夠正確安全操作抽油機，以此降低抽油煙機負荷量和耗能。

（3）運用現代科學技術手段，合理監測抽油機數據變化量。只有處于最佳運行狀態的抽油機功率，才能夠有效降低耗能[4]。

2.4 優化抽油機井生產參數

石油開采中，抽油機經歷的每個環節都需要進行嚴格把控，通過合理控制和規劃，才能夠最大程度節約資源，降低能源消耗帶來的不利影響。需要注意的是，不同油田使用的抽油設備也會有所不同，選擇抽油設備要因地制宜。需要根據油田真實概況，適當選擇抽油桿及抽油機。在后續開采過程中，也需要對抽油機的生產性能、井泵抽油機組件等相關設備，以及零件進行最優設計，維持各組成部分之間平衡，為石油開采工作保駕護航。

2.5 優化電機

2.5.1 降低電機損耗

當電機的運行狀態處于額定負荷時，則電機整體運行是趨于節能的。要想使電機運行功率達到最大要求，需要降低處于工作狀態時抽油機的輸出功率平均值，使其小于其額定功率。簡單來說，就是指電機的整體運行一直保持在較低的效率與功率的輕載運行模式。目前工作狀態的抽油機，很大程度上出現能量流失。經過相關測試，發現某些發動機的效率不能得到完全發揮，最高只能達到70%。因此其具有巨大的節能潛力，為此，需要做到以下幾點：首先，需要運用變頻調速技術，有效改善相關機械性能，融合輸出功率以及額定負荷，使兩者達到完美配合，在此基礎上完善泵、桿與電機之間的配合關系，最終達成節能、降低損耗以及運行效率；其次，不斷推廣使用高效電機，這種高效電機具有變頻調速以及超高轉差等特性，能夠改善電機較低運行效率的弊端，在提高其裝機效率的同時，能夠減少能量耗損；最后，借助節能控制裝置，結合實際電機運行概況，通過裝置對其電壓進行動態調節以及無功補償，達成節能降耗目標[5]。

2.5.2 換向以及平衡損失

如果游梁式抽油機的保養狀態趨于良好，則其換向部分就具有非常高的傳動效率，為了取得良好的節能效果，需要調整換向部分結構且保持不變，反之，其節能效果便會較低。能量損失與平衡有著密不可分的關聯，平衡越好越能幫助抽油機節能。目前，平衡方式包含游梁偏置以及調徑變矩下偏等方式。運用該類方式時，能夠將扭矩曲線點位峰值進行有效降低，使曲線的波動變得平緩，保持90%左右的節能平衡點，對抽油機進行相應的平衡調節后，其節能效果顯著。

3 結論

目前游梁式抽油機作為油井開采工作中的重要設備，需要優化其混合動力，通過優化和調整抽油泵效率、擴容機井裝機功率等工作，降低其能源消耗率，達到節能目的。