游梁式抽油機下偏杠鈴的節能技術改造

楊曉紅（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

大慶油田抽油機井約3.5 萬多口，大部分為常規型游梁式抽油機，約占抽油機裝機總量的49.6%，喇嘛甸油田共有常規游梁式抽油機1051臺，常規抽油機雖然結構簡單，但在其運轉過程中有能耗大的缺點，且時常出現“大馬拉小車”現象。直接對游梁式抽油機進行更換，費用高、投資大。為適應油田低耗高效開發、節能降耗的需要，我們開展了常規抽油機改下偏杠鈴游梁復合平衡技術研究工作，以達到抽油機節能降耗的目的。

1 國內外相關技術現狀及發展趨勢

1.1 國外抽油機的現狀和發展趨勢

目前國外抽油機總的發展趨勢是：超大負荷、長沖程、低沖速；精確平衡；自動化、智能化；節能、高適應性。游梁式抽油機經過多年的發展，產品的系列化、標準化和通用化程度日益提高，各種節能機型得到了普遍推廣，抽油機自動化控制系統也被廣泛使用，為適應各種具體抽油條件的需要，研制應用了液壓缸式抽油機、低沖速長沖程抽油機、緊湊型抽油機、增大沖程游梁抽油機、雙井平衡抽油機、雙驢頭抽油機、斜井及叢式井抽油機、低矮型抽油機等。 國外研制了多種節能抽油機，主要有異相曲柄平衡抽油機、前置式抽油機、美國Baldor 電氣公司生產的高轉差率電動機驅動的抽油機、美國Lowjack 低矮型抽油機，此外還有旋轉驢頭式長沖程抽油機等[1]。

1.2 國內抽油機的現狀和發展趨勢

近年來，國內的抽油機技術有了很大的進展，有多種新型抽油機投入了現場應用。從發展趨勢看有以下一些特點：

1）節能已經成為對抽油機生產和改造的基本要求。目前，我國陸上油田大多數已經進入中后期開發階段，隨著原油含水率的不斷上升，油層壓力和油井動液面的不斷下降，為了保持原油穩產，即原油產量不隨含水率的降低而遞減，必須加大采液量，這樣采油成本必然增加。在采油成本中，抽油機電費占30%左右。因此，要求抽油機不僅能滿足大排量提液的工藝要求，而且要具有能耗低的特點。近幾年投入使用的皮帶式抽油機、雙驢頭抽油機、擺桿式抽油機、磨擦輪抽油機等除了各自不同的特點，都具有一定的節能效果。

2）對老式抽油設備進行節能改造，目前主要采取的措施是更換抽油機機型、改善平衡狀況或是對電動機進行更換或者配用節能箱等。

2 下偏杠鈴節能技術原理

將常規型游梁式抽油機改造成下偏杠鈴抽油機，是在常規型游梁式抽油機的游梁尾部增加一個下偏杠鈴，下偏杠鈴中心在游梁支撐中心以下，充分利用連桿、橫梁、支架和減速箱間的空間進行直接平衡，改變游梁式抽油機的平衡方式，實現載荷大時力臂長，載荷小時力臂小，從而改善抽油機的平衡效果，下偏杠鈴所產生的平衡效果能較好的平衡載荷扭矩，降低減速器的峰值扭矩，實現節能。

目前常規抽油機和偏置式抽油機均采用曲柄平衡，曲柄平衡的抽油機只有當曲柄旋轉到某一角度時才是完全平衡的。下偏杠鈴抽油機采用復合平衡的方式，即在抽油機的游梁尾部安裝一個帶有角度的游梁平衡重，并使其在抽油機驢頭懸點載荷最大時，游梁平衡重的力臂最長；抽油機驢頭懸點載荷小時，游梁平衡重的力臂變短，達到調徑變矩的目的，充分利用了平衡重的勢能，減小電動機的輸入功率，達到了節能降耗的目的。從抽油機三個典型位置（上死點、下死點、水平點）來看：懸點在下死點時，因加載懸點載荷較大，其下偏杠鈴的平衡力臂也較大，下偏杠鈴產生的平衡扭矩也最大，與載荷扭矩方向相反，在游梁上進行第一次平衡，削去載荷峰值扭矩（二者均對游梁中座O取矩）使第一次平衡后載荷作用到曲柄輸出軸的扭矩TWN 不致于過大，并使其峰值接近90°；在上死點時，因卸載懸點載荷較小，其下偏杠鈴產生的力矩因平衡力臂K值的變小而減少。從而使載荷扭矩隨曲柄軸轉角變化而變化的規律盡可能與正弦規律相接近，達到加強抽油機的平衡效果，降低其曲柄軸輸出凈扭矩的峰值，減小其谷值，消除負扭矩，以降低其能耗的目的[2]。

3 現場試驗效果評價

選取3-3366 井進行現場試驗，安裝內插式下偏杠鈴節能裝置，該裝置由連接法蘭、杠鈴平衡體以及22 kW小功率電動機三大部分組成，數據對比見表1。

表1 喇3-3336井下偏杠鈴改造前后數據對比

2009年推廣應用30 口，綜合節電率達到10.97%，實現年節電120 000 kWh，電價按0.631 8元/kWh 計算，獲效益75 816 元。下偏杠鈴節能改造單價2 萬元，投入費用60 萬元，投資回收期36個月。

4 結論

抽油機下偏杠鈴節能升級改造既可用于新機制造，又可對大量現場在用的常規抽油機進行節能改造。該技術通過改變其傳動機構或平衡效果達到節能的目的。改造可在現場進行，采用原有結構和部件，繼承和保留原常規游梁式抽油機的全部優點，減少工作量，降低改造成本且改造時間短，費用低，容易實施，改后結構簡單、可靠、耐用、維護費用低，同時還可降低減速箱和電動機功率的選型等級。下偏杠鈴的平衡重要根據油井具體工況情況進行配置。改造后提高了整機在生產中的承載能力，能夠適應油井在不同生產階段的產能變化規律，節能改造技術簡單易行，節能效益明顯，具有很好的推廣應用價值。

[1]倪國軍.常規游梁式抽油機節能改造[J].新疆石油天然氣:2005.1.20-21.

[2]王秀芝.抽油機井節能潛力分析及節能降耗技術的應用[J].內蒙古石油化工:2009.3.35-36.