游梁式抽油機的能耗分析與技術匹配

喬榮德

游粱式抽油機是國內外各大油田的主要機械采油設備，據統計我國各類抽油機總數超過20萬臺，其中游梁式抽油機占油田在役抽油機總數的90%以上，該文列舉部分代有表性的針對游梁式抽油機選用的認識問題進行討論。

抽油機的“無功損耗”

游梁式抽油機在油田生產中發揮的重要作用，但是人們在討論游梁式抽油機的使用或改進問題中存在的一些認識上的不同，某些不同觀點屢屢出現在新產品介紹或某些專業文獻當中，為分清事實真相，正確指導油田生產經營取得更佳的經濟效益。

作為耗能大戶，抽油機的節能廣泛受到關注，部分理論認為，游梁式抽油機通常采用普通電機驅動，電機功率因數和負載率往往較低，常常在低于30%情況下運行，通過實施某些新技術或增加無功補償裝置就可將功率因數提高到90%以上，因此大大減小電機的無功損耗，起到大幅度節約能源的目的。

針對這種認識，我們需要理清一下什么是無功功率，在具有電感和電容的電路里，這些儲能元件在半周期的時間里把電源能量變成磁場（或電場）的能量存起來，在另半周期的時間里對已存的磁場（或電場）能量送還給電源。我們把與電源交換能量的速率的振幅值叫做無功功率。它不對外做功只是與電源進行能量交換，才被定義為無功功率，但它決不是無用功功率，電動機需要有無功功率才能建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，變壓器也同樣需要有無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓。

對于供電系統，如果出現低功率因數運行的情況，會造成發電機有功功率的輸出降低，使電氣設備容量得不到充分發揮等不良影響，因此在電網中必須設置一些無功補償裝置來補償功率因數的降低。對于具體的用電設備來說，無功功率增加會使電流增加造成部分用電設備有用功增加，對于電機來說無用功功率增大，會導致電機線損增加，但是由于電機內阻較小，通常可以忽略不計。此對于用電設備來講，提高功率因數不可能顯著降低設備的耗電。

游梁式抽油機能耗

“游梁式抽油機”實際是機械采油系統的代稱，應該指由抽油機—抽油桿一抽油泵組成的采油系統。在這種系統中，抽油機是系統的動力提供裝置，它所提供的能量是包括抽油泵、抽油桿、油管以及電機、輸出管線等等在內的機械采油系統能量消耗總和，在游梁式抽油機一抽油桿一抽油泵組成的機械采油系統中，抽油機的效率是最高的，設計合理的常規游梁式抽油機，不計減速器效率的情況下效率可達90%以上，其他結構形式的抽油機是難以做到的，系統的效率較低，主要是抽油泵、抽油桿等的效率較低，即使是抽油機、電機的綜合效率達到1，則系統的效率仍然為30-45%，因此在這個有多個系統組成的串聯動力傳動系統中，研究節能問題需要從提高三抽系統效率著手，片面強調地面設施的節能，是難以取得理想效果的。

游梁式抽油機功率匹配

常聽人說：“游梁式抽油機的啟動轉矩大，為克服這一問題抽油機通常需要配備較大的電機，以確保抽油機能夠正常使用，由于游梁式抽油機所配電機功率較大，正常工作時。負載率低，大馬拉小車，所以造成能源的大量浪費。”游梁式抽油機的啟動轉矩真得很大嗎？

游梁式抽油機運轉時，輸出軸上的凈扭矩等于懸點載荷在曲柄上產生的扭矩與曲柄產生的平衡力矩作用之和，抽油機啟動時通常是在上下死點位置時啟動，此位置時游梁式抽油機扭矩因數最小，懸點載荷在曲柄上產生的力矩和曲柄本身產生的平衡力矩都接近于零，這時曲柄凈扭矩和電機驅動力矩也是最小的，如果抽油機停機在上下死點位置時，一個人的力量就可以推動抽油機轉動一定的角度，如果是下死點啟動由于曲柄位置最高，儲備足夠能量將更有利于抽油機的啟動，游梁式抽油機光桿是做近似余弦加速度規律運動的，無突變載荷，這些因素都有利于抽油機的啟動，相反啟動扭矩大是某些非游梁式抽油機的特點。從另一方面講，即便是抽油機起動力矩真的很大，由于電動機本身具有較強的抗過載能力，短時間的過載使用，使電動機功率提高到額定功率的兩倍左右也不會對電動機產生影響。

因此從抽油機正常使用來看無需人為增大電機功率，如果用戶在使用過程中測量電機電流與電機額定電流相差較大，可以更換較小的電機。

電流參數配置

有人提出：“抽油機電機配置需要考慮做業時舉升曲柄條件需求。”的確，修井做業時需要在脫開光桿的情況下舉升曲柄，在抽油機負載率較大時，曲柄平衡力矩達到較大，此時游梁式抽油機電機工作力矩要比正常工作時大的多的，做業時，游梁式抽油機常需采用往復擺動曲柄的方法甩上曲柄，或采用提前調整平衡塊、吊車輔助作業等方法完成舉升曲柄工作，所以抽油機設計時不需要根據舉升曲柄這一特殊需要選配電機，對于非游梁式抽油機如果平衡系統采用的是重塊平衡，想利用電機的力量提升平衡重塊難度會更大這里不做分析。

另外，抽油機所配電機功率大就會造成能耗的大幅度提高嗎？抽油機運轉所需功率的大小取決于載荷的大小，而非取決于電機額定功率的大小，一般來講電動機負載率在25-90%范圍內效率較高，效率達到80-90%，如果電動機負載率低于25%或超載時才會出現電動機效率顯著降低，抽油機電機選大，可滿足更多做業條件的需要，功耗并非顯著增加，考慮到提高電機使用壽命，建議電機的最大電流最好不要超過電機額定電流。

抽油機的合理選型

常常有人把抽油機匹配電機的大小作為衡量抽油機是否節能的標準，也有人認為：“低沖次抽油機可以匹配較小功率的電機，因此可以大幅度節約能源，游梁式抽油機應向低沖次方向發展。”抽油機運轉所需功率與抽油機的沖次成正比，每分鐘運轉10次和運轉2次的抽油機裝機功率當然會有顯著的變化，但是抽油機的沖次與原油產量有著密切的關系，游梁式抽油機能夠適應高沖次的工作條件下運行，這正是其歷經百年長盛不衰重要原因之一，游梁式抽油機具有較寬的使用范圍，可以滿足每天0-300方排量的使用要求。

對于有低沖次需求的井礦，用戶只需要匹配低速電機或調速電機既可滿足要求，因為抽油機沖次降低，所需電機功率也隨之減少所以匹配低速電機不會造成成本的大量增加

有關游梁式抽油機設備投入成本的討論

由于游梁式抽油機存在著單機重量高，生產成本高，購置成本高的傳統觀點，在人們的認識中存在一定的不理解。其實，對于中小型抽油機來說，游梁式抽油機生產成本并不高于非游梁式抽油，對于較大型號游梁式抽油機與同型號的非游梁式抽油機相比，游梁式抽油機重量最高，制造成本較高，尤其是沖程5米以上的游梁式抽油機其制造成本將會顯著提高，但是，游梁式抽油機具有很高的可靠性，可以節省大量銷售、服務費用，因此游梁式抽油機仍然是目前市場上價格最低廉的抽油機。

抽油機發展前景分析

在中國抽油機市場一度出現“繁榮”的局面，針對抽油機的設計以及配套裝置的設計品種不斷涌現，但是真正能夠經得起時間考驗長期被用戶接收的少之又少，分析原因，主要是由于他們都是在以上列舉的針對游梁式抽油機錯誤認識指導下研發出來的產品，所以其產品是難以達到預期效果。

由于歷史原因，中國抽油機的發展走的是一條自我發展的道路，產品沒有與世界接軌，這就難免走一些彎路，今后我國抽油機的研發和選型，還是應該多借鑒一些世界發達國家的經驗，如果產品能夠等同采用API標準，與世界接軌，這樣及有利于原油生產單位提高綜合效益而且對制造行業在世界上的崛起也起到積極推動。