超越離合器在現場實踐中的應用評價

陸亞男（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

目前薩北油田已進入雙特高開發階段，即特高含水和特高采出程度，隨著開采難度的增加，開發成本也逐年增大，其中機采耗電在生產用電中所占比例達到40%以上，是油田生產過程中的“耗能大戶”，如何在保證產量的前提下控制機采耗電是節能降耗的關鍵。

1 抽油機反發電

抽油機的舉升原理是將電動機做的功通過皮帶、減速箱、四連桿機構轉化為驢頭的上下往復運動，驢頭帶動抽油桿通過抽油泵將液體舉升到地面。在運行過程中，由于選型匹配不合理導致的“大馬拉小車”或者由于不平衡、平衡過重等問題出現的反電流現象時有發生，反電流不僅會增加電動機的輸出功率，降低機采井系統效率，還會對電網產生沖擊，增加線路損耗，減少電動機使用壽命，因此在生產過程中要盡量減少或者規避反電流現象的產生。

游梁式抽油機的平衡方式主要有三種：游梁平衡、曲柄平衡、復合平衡，而薩北油田多數抽油機采用曲柄平衡方式，當抽油機平衡率低于85%時，曲柄平衡產生的平衡扭矩與懸點載荷形成的扭矩不能相互抵消，平衡扭矩就達不到削峰填谷的目的，這就會使電動機的負荷波動較大，影響電動機的平穩輸出[1]。經統計，當抽油機的平衡率大于等于85%時，曲柄軸仍然有負扭矩存在，此時抽油機反發電的現象依舊存在，由于發出的電主要消耗在線路損耗上，導致無用功增多，增加了能耗。

2 關鍵技術

目前現場在用的超高轉差電動機、調壓控制器、變頻調速器等設備只能不同程度地減輕反發電現象，而不能從源頭上徹底消除反發電現象。超越離合器可以利用它單方向傳遞動力的特有機械性能，既經濟又徹底地杜絕反發電現象。

超越離合器的結構分為內環和外環兩部分，內環和外環通過棘輪棘齒和棘爪嚙合，內環的尺寸固定，外環的尺寸可以根據調參需要做出相應改變（圖1、圖2）。

圖1 超越離合器結構圖

在抽油機正常運行時，電動機的驅動速度大于經過皮帶和減速箱減速后的曲柄轉速，相反，電動機做負功。而應用超越離合器后，在電動機做負功的瞬時由于棘輪的脫開可實現瞬態超越，使得原雙向動力傳動系統變為單向動力傳動，動力不能反傳回去，此時電動機相當于空載運行，不平衡負荷不再反拖電動機發電，消除了負功，電動機和皮帶的傳動效率提高，系統效率提高，抽油機能夠節能、高效地運行[2]。與此同時超越離合器的超越動作實現了抽油機的動態平衡，改變抽油舉升系統的運動特性和力學狀態，能夠提高泵效和系統效率。

圖2 超越離合器實物圖

3 現場應用

薩北油田2011年在2 口井上應用了超越離合器，選用的試驗井均為10 型機，根據安裝前后的能耗對比數據（表1）可以看出，試驗井在安裝了超越離合器后，提高了系統效率，減少了日耗電，同時泵效和產量都不同程度地得到了增加，因此超越離合器達到了節能、高效生產的目的。

表1 超越離合器安裝前后效果統計

超越離合器能夠提高泵效，增加產量，這是由于它可以利用它的超越動作來實現動態平衡，再通過四連桿機構把這種動態平衡傳遞到地下設備，即抽油桿和柱塞泵，通過動態平衡可以改變抽油機的運動特性和力學狀態，可以達到減小抽油機振幅，減小慣性載荷，提高系統效率，提高泵效，達到增產的目的。

以B2-D6-443井為例，試驗前的產液量為43 t/d，有功功率為10.87 kW，抽油機的系統效率為23.6%，沖程為3 m，沖速為6 min-1，驢頭的懸點載荷最大值為45.28 kN，最小值為14.97 kN。試驗后的沖程沒有發生變化，沖速增為6.2 min-1，增幅為0.2 min-1；日產液量增為55 t/d，增幅為12 t/d；有功功率為8.93 kW，降幅1.94 kW；系統效率增至28.9%，增幅為5.3個百分點；驢頭懸點載荷最大值為43.05 kN，降幅為2.23 kN；懸點載荷最小值為16.98 kN，增幅為2.01 kN，通過示功圖（圖3），可以看出，應用超越離合器后達到了削峰填谷的效果。

圖3 B2-D6-443井安裝超越離合器前后的示功圖

抽油機井安裝超越離合器，單井投入2 萬元，平均節電率為19.3%，單井日節電55.6 kWh，年節電規模為2.03×104kWh，每年可節約成本0.81 萬元，預計2.46年可收回成本。應用該技術的投資回收期比較短，便于現場管理，達到了高效生產、節能降耗的目的。

4 結論

1）通過現場試驗，杜絕了反發電現象，消除了負功，提高了泵效和系統效率。

2）在皮帶輪輪徑不變的情況下，沖速平均增加0.2 min-1，產量有所增加。

3）單井日耗電降幅比較明顯，平均節電率達到19.3%。

[1]金鋒.高效抽油機節能裝置[J].華北石油設計,1998(4):50-52.

[2]張繼震,馬廣杰，孫景麗,等.游梁抽油機的用電發電與節能[J].石油礦場機械,2001,30(4):185-187.