油田常規抽油機節能改造

劉長勝（勝利油田分公司孤東采油廠）

油田常規抽油機節能改造

劉長勝（勝利油田分公司孤東采油廠）

常規游梁式抽油機因可靠性好、操作維護方便、運行成本低等原因成為各油田抽油作業的首選。新抽油機機型因可靠性不足，有的遭到了淘汰，而游梁抽油機通過改進開發了雙驢頭、下偏杠鈴、彎游梁等機型抽油機，可靠性較好，且又具有節能優勢，無游梁式抽油機則在黏稠油開采上具有常規抽油機無法比擬的優越性。判斷一種抽油機是否節能，要考慮很多環節。選用抽油機時要根據油井產液量大小、動液面深淺、含水率及原油黏度等因素進行統籌考慮，以達到節能的目的。

油田 抽油機 節能降耗 措施

我國各大油田機械采油抽油機用量大、耗能高，約占油田總用電量的70%，是影響油田采油能耗和成本的重要因素。近20年來，國內大油田及制造企業在抽油機的節能增效上做了各種努力和嘗試。市場上先后出現了很多類型的抽油機產品及節能裝置，僅試驗、應用的各種新型抽油機就有一百多種、數萬臺。

1 常規抽油機機型的絕對優勢

通常來說，油田選用什么抽油機設備，用戶說了算。只有他們最清楚需要什么樣的抽油機。油田企業對抽油機的選用首先是可靠性高，故障率低，安全性好。

抽油機的工作環境和條件十分惡劣，要求：無人值守地運轉；除了維護、修井時間以外，1年365 d每天24 h不停地工作；在野外露天、嚴寒酷暑、風霜雨雪等環境下全天候地工作。為帶動抽油桿上下抽油，抽油機每天要換向數千至數萬次，隨著換向其載荷不斷地大幅度正負變化。正因為嚴酷的工作條件要求抽油機有高度的可靠性。

目前國內對抽油機的“可靠性”要求，暫時還沒有明確的標準。據統計，中石油抽油井平均有效開機時率約95%，即平均每口井每年有18.25 d處于停機狀態。而加拿大、印尼要求抽油機每年停機時間分別不超過1 d、1.5 d。

假設以每年停機3 d計算，中石油在用的10×104臺抽油機，則需要有2 460多個維修隊伍365 d（8 h/d）忙于抽油機的維護。目前正在試用的新型抽油機，可靠性遠遠達不到上述要求，保守一點說，這些機型年累計維護時間不會少于10 d。

如果在試驗階段，試用的數量小，這10 d的維護時間不是大問題，假如推廣到10×104臺則數字令人震驚。即意味著需要有8 000個維修隊伍365 d（8 h/d）忙于抽油機的維護。這不僅使維護的人力、直接費用難以支撐，同時將意味著每年要影響300×104t的原油產能 （3 t/d）、75×108元收入（2 500元/t）。

抽油機可靠性對油田的意義由此可見一斑，常規抽油機在耐用方面獨領風騷。僅此一項，就將需要經常維護的機型在市場上一一淘汰出局。

另外，常規抽油機的操作維護方便、運行成本低。調查結果顯示，目前常規抽油機及在其基礎上革新的新機型，即游梁式節能抽油機每年維修成本一般在2 000元左右。市場上的新品，即無游梁式節能抽油機的維修成本通常在8 000～10 000元之間，是游梁式抽油機的4～5倍；維修時間因各種機型有所不同，大致上無游梁式抽油機維護時間是游梁式抽油機的2倍以上，且對維修人員素質要求較高。

目前由于各油田采油公司成本壓力均較大，維修人員較為緊張，雖然無游梁式抽油機節能效果不錯，但與游梁式節能抽油機相比，不僅維修時間長、費用高，同時還因停機時間較長影響原油產量，而且對采油維修人員素質要求更高等，不太適應油田的實際，推廣難度較大。

基于上述兩點，至今游梁式抽油機仍在抽油機大軍中占有絕對多數，仍然是各油田抽油作業的首選。據統計，中石油現有油井數約14×104口，其中抽油機井數11.5×104口，在用10.3×104口。使用常規抽油機6.1×104臺，占59%，節能型抽油機4.2×104臺，占41%。全國超過20×104口抽油機中，使用常規抽油機的應在60%以上。

2 新抽油機機型可靠性不足

近20年來，隨著國家和石油公司對節能降耗的逐步重視，不斷有大量的節能型抽油機、節能電動機、節能配電柜等產品在油田現場進行試驗應用，其中試驗應用的各種新型抽油機有一百多種，數萬臺。大部分由于設計、質量、安全、操作維護等方面的原因，可靠性遠遠達不到上述要求而被淘汰。

新型抽油機在油田經過近20年來的應用考驗，只有少數機型（雙驢頭、下偏杠鈴、彎游梁、偏置式、低矮型、鏈條寬帶等）得到了用戶的認可，逐步推廣應用至今，其余近百種機型由于設計、制造等方面原因，可靠性差、故障率高、維修復雜，無法適應油田現場的使用而被淘汰。

上世紀80年代，曾批量在遼河黏稠油田上推廣的鏈條抽油機，十多年間應用了3 200多臺，但終因軌跡鏈條故障多這個致命缺陷，全部退出了市場。摩擦式抽油機，2002年在大慶、遼河、吉林小范圍地進行了推廣應用，通過幾年的試用，由于產品可靠性較差、小毛病不斷（2～3個月需進行一次維修保養）及設計不合理（電動機、減速箱在抽油機頂部），維修保養存在一定安全隱患，現已基本被淘汰。曾經廣泛推廣應用的自啟動永磁異步電機，最多時曾用到1萬多臺，雖然在初時節能效果較好，但使用一段時間后逐漸退磁，退磁后能耗更大，現已基本退出市場。還有許多機型沒能到小批量試驗就已退出市場。以上這些未成功的機型，雖然在推廣初期都有明顯的節能效果，批量推廣應用后很快就出現了各種問題，逐步被市場淘汰。

遭淘汰的原因主要有3點：

1）初期試驗數量小，廠家往往由專人盯在現場，選配電動機、維護調整都比較到位，出現問題不等油田用戶知道，廠家就已經自行解決。

2）現場連續試驗時間不夠長（至少需要一個大修周期6 a），有些問題暴露不足。

3）批量應用后，有些在少量試驗時不成問題的問題上升為不能接受的大問題。例如，在幾臺抽油機試驗時，即使每臺設備每年累計需要30 d的維修時間，對于維修工來說并不是應付不了的，但假如應用到1 000臺，即使每臺設備年累計維修時間需要10 d，油田也承受不了。

近百種抽油機的試驗推廣和退出市場，不僅給制造廠家帶來了巨大的經濟損失，中石油、中石化也為此付出了巨大的原油產量損失和人力、物力損失。

一種好的抽油機產品要結構簡單，可靠性高，節能效果好且成本較低，其中，可靠性是首要因素。作為抽油設備之一，抽油機產品首先要滿足基本需要，如果達不到可靠性這一要求，節能效果再好也是不夠的。

由此看來，要打破常規，必須先讓用戶真正信服，歸根結底在于抽油機產品本身。如果能在經濟性較好的情況下，大大提高可靠性，就有可能逐步擴大推廣應用的數量，甚至，將來某一天會取代游梁式抽油機的優勢地位。

3 改造游梁式抽油機

基于常規抽油機結構簡單、可靠耐用、操作維修方便等優點，抽油機生產企業在游梁式抽油機的基礎上，改進開發了雙驢頭、下偏杠鈴、彎游梁、偏置式、低矮型等抽油機。這些機型既保留了原來優點，又具有節能優勢，深受油田用戶好評。

經調查，目前在大慶、遼河、新疆等7家油田企業中，節能型抽油機共計36 361臺，其中，游梁式抽油機有35 670臺，主要以雙驢頭抽油機、偏置（異相曲柄）抽油機、下偏杠鈴抽油機及彎游梁抽油機為主，約占節能型抽油機的98.1%。經過油田實際工況條件的考驗，這些機型得到認可，已成為目前中石油新機井和替換老機井中采用的主力機型。

目前國內仍然有很多在用的老機井，如何降低這些常規抽油機的能耗，成為各油田抽油機節能工作的重點。

據了解，目前中石油各油田主要采取以下做法：

◇將常規機分批進行節能改造，如改造成雙驢頭抽油機、下偏杠鈴抽油機等。

◇給常規抽油機加裝節能拖動裝置，實施節能改造。

◇在抽油機電控柜加裝電容器對無功功率進行就地補償。

通過上述措施，均取得了不同程度的節電效果。如采用承德石油機械有限公司生產的高轉差電動機，通過十多年來38 000多臺高轉差電動機使用效果來看，此項節能措施是一項投入少、見效快的便捷方法。另外，一些油田根據油田實際工況選用多功率電動機、雙速電動機等，也取得了較好的節能效果。

4 開發無游梁式抽油機

游梁式抽油機的結構原理決定了耗能較多，這給各種新型抽油機提供了一個機遇。這些年來，中石油、中石化各大油田及制造企業進行了積極有效的嘗試。

開發的新型抽油機有鏈條抽油機、皮帶抽油機、液壓抽油機、塔架式電動機正反轉的抽油機……這些抽油機都有各自的優點，如平衡效果好、節能、抽油沖程長、質量輕、占地小等。但總的來說，在運轉可靠性方面，均遜于號稱“老黃牛”的常規游梁抽油機。

盡管如此，無游梁式抽油機易于實現長沖程、懸點接近勻速直線運動等特點，在黏稠油開采上具有常規抽油機所無法比擬的優越性。在稠油較多油田區塊，如遼河油田，“長沖程、低沖速”黏稠油開采給這類抽油機提供了較大的發揮空間。

據了解，在中石油應用無游梁式抽油機主要以塔式皮帶機為主，其中，鏈條寬帶抽油機用得最好。鏈條寬帶抽油機（8 m沖程，2次/min）在遼河油田6年多的改進完善，可靠性不斷增強，在遼河油田已基本得到認可。

另外，在中石油大港油田、大慶油田的一些采油廠，有兩種新機型正在試用。一種是試用1年多的復式永磁電動機抽油機，由于其效率和功率因數高，簡化了機械傳動環節，比普通電動機節電35%～57.6%；另一種是試用近2年的曲拉式抽油機，該機型結構簡單，鋼材用量少，通過優化滑輪位置、優化力的傳輸實現節能，比普通機節能44.5%。以上2種新機型，雖然在設計方面有獨到之處，但若批量試用尚需2～3年時間。

中石化勝利油田發明了長環形齒條抽油機。該皮帶抽油機采用了鏈條抽油機“軌跡鏈條換向結構”核心技術，獨創的“長軌形齒條換向結構”主要是以齒條代替鏈條，以進一步提高可靠性；同時，又進一步縮短傳動鏈，提高機械效率。

發明者顧心懌院士表示，這是一次新的努力。當然，由發明到成熟，再到通過實踐的檢驗和業內的認可接受，還需一個過程。據稱，該抽油機近來已經得到很好的應用。

5 系統節能

抽油作業是一個系統，抽油機只是其中一個主要環節，節能還要看整個系統。油田的井下情況很復雜，判斷一種抽油機是否節能，還要考慮很多環節。

首先，“量體裁衣”很重要。在選用抽油機時，要根據油井產液量大小、動液面深淺、含水率及原油黏度大小等因素統籌考慮。小泵、深抽要考慮抽油機額定懸點載荷的滿足及用長沖程保證泵效；淺井、大泵要考慮減速器額定扭矩的滿足；淺井小泵可考慮采用玻璃鋼抽油桿和短沖程高沖速抽油機諧振抽油；原油黏度高、動液面深的油井，需要長沖程、低沖速的抽油機等。

其次，細化抽油機管理，依靠管理節能，非常關鍵。一方面，根據油井實際載荷，選配適合功率的電機，避免“大馬拉小車”；另一方面，及時調整抽油機平衡度。在不少新機型上井試驗中，這點效果很明顯。正如一位業內人士所言：“管理水平就是節能。”

據國內外專家研究稱，單純在抽油機上節能挖潛，節能不會超過8%。實際上，抽油機節能是一個系統的節能，從變壓器、低壓電路、電控柜、電動機、抽油機、抽油桿、抽油泵等組成的系統中綜合節能。加強抽油機的運行管理，同樣是節能降耗的有效途徑。

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.08.009

劉長勝，1994年畢業于勝利石油學校，2005年畢業于中國石油大學（東營），高級工程師，從事采油技術管理工作，E-mail：liuchangsheng.slyt@sinopec.com，地址：山東東營勝利油田分公司孤東采油廠，257237。

2011-08-19）