游梁式抽油機(jī)的能耗分析與技術(shù)匹配

喬榮德

游粱式抽油機(jī)是國內(nèi)外各大油田的主要機(jī)械采油設(shè)備，據(jù)統(tǒng)計我國各類抽油機(jī)總數(shù)超過20萬臺，其中游梁式抽油機(jī)占油田在役抽油機(jī)總數(shù)的90%以上，該文列舉部分代有表性的針對游梁式抽油機(jī)選用的認(rèn)識問題進(jìn)行討論。

抽油機(jī)的“無功損耗”

游梁式抽油機(jī)在油田生產(chǎn)中發(fā)揮的重要作用，但是人們在討論游梁式抽油機(jī)的使用或改進(jìn)問題中存在的一些認(rèn)識上的不同，某些不同觀點屢屢出現(xiàn)在新產(chǎn)品介紹或某些專業(yè)文獻(xiàn)當(dāng)中，為分清事實真相，正確指導(dǎo)油田生產(chǎn)經(jīng)營取得更佳的經(jīng)濟(jì)效益。

作為耗能大戶，抽油機(jī)的節(jié)能廣泛受到關(guān)注，部分理論認(rèn)為，游梁式抽油機(jī)通常采用普通電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)功率因數(shù)和負(fù)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(shù)或增加無功補(bǔ)償裝置就可將功率因數(shù)提高到90%以上，因此大大減小電機(jī)的無功損耗，起到大幅度節(jié)約能源的目的。

針對這種認(rèn)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(jìn)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(jī)需要有無功功率才能建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，電動機(jī)就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓。

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

游梁式抽油機(jī)能耗

“游梁式抽油機(jī)”實際是機(jī)械采油系統(tǒng)的代稱，應(yīng)該指由抽油機(jī)—抽油桿一抽油泵組成的采油系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，抽油機(jī)是系統(tǒng)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(jī)、輸出管線等等在內(nèi)的機(jī)械采油系統(tǒng)能量消耗總和，在游梁式抽油機(jī)一抽油桿一抽油泵組成的機(jī)械采油系統(tǒng)中，抽油機(jī)的效率是最高的，設(shè)計合理的常規(guī)游梁式抽油機(jī)，不計減速器效率的情況下效率可達(dá)90%以上，其他結(jié)構(gòu)形式的抽油機(jī)是難以做到的，系統(tǒng)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(jī)、電機(jī)的綜合效率達(dá)到1，則系統(tǒng)的效率仍然為30-45%，因此在這個有多個系統(tǒng)組成的串聯(lián)動力傳動系統(tǒng)中，研究節(jié)能問題需要從提高三抽系統(tǒng)效率著手，片面強(qiáng)調(diào)地面設(shè)施的節(jié)能，是難以取得理想效果的。

游梁式抽油機(jī)功率匹配

常聽人說：“游梁式抽油機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩大，為克服這一問題抽油機(jī)通常需要配備較大的電機(jī)，以確保抽油機(jī)能夠正常使用，由于游梁式抽油機(jī)所配電機(jī)功率較大，正常工作時。負(fù)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(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩真得很大嗎？

游梁式抽油機(jī)運轉(zhuǎn)時，輸出軸上的凈扭矩等于懸點載荷在曲柄上產(chǎn)生的扭矩與曲柄產(chǎn)生的平衡力矩作用之和，抽油機(jī)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(jī)扭矩因數(shù)最小，懸點載荷在曲柄上產(chǎn)生的力矩和曲柄本身產(chǎn)生的平衡力矩都接近于零，這時曲柄凈扭矩和電機(jī)驅(qū)動力矩也是最小的，如果抽油機(jī)停機(jī)在上下死點位置時，一個人的力量就可以推動抽油機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)的啟動，游梁式抽油機(jī)光桿是做近似余弦加速度規(guī)律運動的，無突變載荷，這些因素都有利于抽油機(jī)的啟動，相反啟動扭矩大是某些非游梁式抽油機(jī)的特點。從另一方面講，即便是抽油機(jī)起動力矩真的很大，由于電動機(jī)本身具有較強(qiáng)的抗過載能力，短時間的過載使用，使電動機(jī)功率提高到額定功率的兩倍左右也不會對電動機(jī)產(chǎn)生影響。

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

電流參數(shù)配置

有人提出：“抽油機(jī)電機(jī)配置需要考慮做業(yè)時舉升曲柄條件需求。”的確，修井做業(yè)時需要在脫開光桿的情況下舉升曲柄，在抽油機(jī)負(fù)載率較大時，曲柄平衡力矩達(dá)到較大，此時游梁式抽油機(jī)電機(jī)工作力矩要比正常工作時大的多的，做業(yè)時，游梁式抽油機(jī)常需采用往復(fù)擺動曲柄的方法甩上曲柄，或采用提前調(diào)整平衡塊、吊車輔助作業(yè)等方法完成舉升曲柄工作，所以抽油機(jī)設(shè)計時不需要根據(jù)舉升曲柄這一特殊需要選配電機(jī)，對于非游梁式抽油機(jī)如果平衡系統(tǒng)采用的是重塊平衡，想利用電機(jī)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(jī)所配電機(jī)功率大就會造成能耗的大幅度提高嗎？抽油機(jī)運轉(zhuǎn)所需功率的大小取決于載荷的大小，而非取決于電機(jī)額定功率的大小，一般來講電動機(jī)負(fù)載率在25-90%范圍內(nèi)效率較高，效率達(dá)到80-90%，如果電動機(jī)負(fù)載率低于25%或超載時才會出現(xiàn)電動機(jī)效率顯著降低，抽油機(jī)電機(jī)選大，可滿足更多做業(yè)條件的需要，功耗并非顯著增加，考慮到提高電機(jī)使用壽命，建議電機(jī)的最大電流最好不要超過電機(jī)額定電流。

抽油機(jī)的合理選型

常常有人把抽油機(jī)匹配電機(jī)的大小作為衡量抽油機(jī)是否節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，也有人認(rèn)為：“低沖次抽油機(jī)可以匹配較小功率的電機(jī)，因此可以大幅度節(jié)約能源，游梁式抽油機(jī)應(yīng)向低沖次方向發(fā)展。”抽油機(jī)運轉(zhuǎn)所需功率與抽油機(jī)的沖次成正比，每分鐘運轉(zhuǎn)10次和運轉(zhuǎn)2次的抽油機(jī)裝機(jī)功率當(dāng)然會有顯著的變化，但是抽油機(jī)的沖次與原油產(chǎn)量有著密切的關(guān)系，游梁式抽油機(jī)能夠適應(yīng)高沖次的工作條件下運行，這正是其歷經(jīng)百年長盛不衰重要原因之一，游梁式抽油機(jī)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(jī)或調(diào)速電機(jī)既可滿足要求，因為抽油機(jī)沖次降低，所需電機(jī)功率也隨之減少所以匹配低速電機(jī)不會造成成本的大量增加

有關(guān)游梁式抽油機(jī)設(shè)備投入成本的討論

由于游梁式抽油機(jī)存在著單機(jī)重量高，生產(chǎn)成本高，購置成本高的傳統(tǒng)觀點，在人們的認(rèn)識中存在一定的不理解。其實，對于中小型抽油機(jī)來說，游梁式抽油機(jī)生產(chǎn)成本并不高于非游梁式抽油，對于較大型號游梁式抽油機(jī)與同型號的非游梁式抽油機(jī)相比，游梁式抽油機(jī)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(jī)其制造成本將會顯著提高，但是，游梁式抽油機(jī)具有很高的可靠性，可以節(jié)省大量銷售、服務(wù)費用，因此游梁式抽油機(jī)仍然是目前市場上價格最低廉的抽油機(jī)。

抽油機(jī)發(fā)展前景分析

在中國抽油機(jī)市場一度出現(xiàn)“繁榮”的局面，針對抽油機(jī)的設(shè)計以及配套裝置的設(shè)計品種不斷涌現(xiàn)，但是真正能夠經(jīng)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(jī)錯誤認(rèn)識指導(dǎo)下研發(fā)出來的產(chǎn)品，所以其產(chǎn)品是難以達(dá)到預(yù)期效果。

由于歷史原因，中國抽油機(jī)的發(fā)展走的是一條自我發(fā)展的道路，產(chǎn)品沒有與世界接軌，這就難免走一些彎路，今后我國抽油機(jī)的研發(fā)和選型，還是應(yīng)該多借鑒一些世界發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗，如果產(chǎn)品能夠等同采用API標(biāo)準(zhǔn)，與世界接軌，這樣及有利于原油生產(chǎn)單位提高綜合效益而且對制造行業(yè)在世界上的崛起也起到積極推動。