常規抽油機的特性及節能潛力分析

[摘 要]目前各種類型的節能抽油機逐年增加，但常規抽油機仍是油田開采最主要的舉升方式，約占抽油機總數的80%以上。闡述了大慶油田常規抽油機使用現狀及優缺點，并對常規抽油機的負載特性進行了詳細的分析。抽油機的負荷特點決定了選用普通異步電動機來驅動抽油機不可避免地就會形成“大馬拉小車”的現象，論述了常規抽油機出現“大馬拉小車”現象的主要起因。分析了常規抽油機的節能潛力，從敏感性因素、平衡方式、降低懸點載荷、提高泵效等幾方面提出了提高常規抽油機系統效率的對策。

[關鍵詞]常規抽油機；抽油機特性；節能

中圖分類號：TE933.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）19-0096-01

目前，抽油機井用電量約占油田總用電量的40%左右，是油田耗能大戶。雖然節能抽油機用量每年都在增加，但油田大量在用抽油機的主流仍然是常規游粱式抽油機和偏置（也稱異相）游粱式抽油機，截止到2015年11月，大慶油田共有抽油機31827臺，常規抽油機26675臺（其中包括常規游粱式抽油機6664臺，偏置游粱式抽油機19299臺，前置機99臺，其他常規機514臺），常規機占抽油機總數的83.8%。分析常規抽油機的特點、使用現狀及負載特性，探索其節能潛力具有一定的現實意義。

1 目前大慶油田常規抽油機井現狀

常規抽油機以其結構簡單、制造容易、維修方便、使用可靠、可以長期在油田全天候運

轉等優點被廣泛應用。但是抽油機也有其自身的缺點，如慣性載荷大、動載大、平衡困難、上下沖程扭矩波動大、效率較低、在長沖程時體積較大和笨重以及設備投產后更新難度大等。目前大慶油田在用的3萬多口抽油機井，平均泵效約為43%，系統效率平均在23%左右.

2 常規抽油機的負載特點

抽油機靠抽油桿的上下運動將原油抽汲到地面的管網中，抽油機的上沖程提起油柱時需要的功率大，而下沖程時勿需動力可自行下落。為了使負荷均勻，一般配有某種平衡機構，如平衡塊，電機軸上形成的總負荷轉矩為油井負荷扭矩和平衡扭矩之和。不同的油井其負荷曲線不同，主要與井況和平衡有關。抽油機的負荷曲線有以下特點：

（1） 抽油機的負荷呈周期性波動，波動頻率常用沖次表示，常規抽油機沖次一般說來為6～12次/min，即波動周期5～10 s。

（2）平衡扭矩是一正弦曲線，而油井負荷扭矩不規則，形成的總負荷扭矩曲線常出一、二次負功率。

（3）負載扭矩平均值約為最大值的1/3。

抽油機的負荷特點決定了選用普通異步電動機來驅動抽油機不可避免地就會形成“大馬拉小車”的現象。

首先，抽油機起動時都是帶載起動，慣性矩較大，起動時又總在上下死點處起動，油田在選配電動機時為了起動順利，一般按最大扭矩選配電機，而抽油機起動后正常工作時平均轉矩與最大扭矩相比又較低，所以電機輸入功率最多僅有額定功率的三分之一，這是造成“大馬拉小車”的主要原因。

其次，油田在選配電機時考慮油井工況異常，如砂卡結蠟時，不致因起動困難燒毀電動機，當油井負荷因修井等原因負荷變大時不頻繁更換電動機，而人為的又增大了余量，加劇了“大馬拉小車”這一現象。

常規抽油機低負荷運轉造成電機效率低，功率因數低。抽油機的負荷呈周期性波動，電機轉速波動，增加了電機的損耗。周期性的負功率大小與抽油機的平衡情況有關，但難以根除這一現象，負功率在抽油機電動機和電網之間流動，有功電能的吞吐增加了電機和電網的損耗，導致功率因數降低。

3 常規抽油機的節能潛力分析及對策

3.1 敏感性因素分析

影響抽油機井系統效率的因素包括地面部分和井下部分多方面的因素，地面部分因素包括抽油機類型、電動機類型和特性、沖程、沖次、平衡度、皮帶、減速箱、井口油壓、套壓、盤根盒，井下部分因素包括管、桿柱組合、泵深、沉沒度、運行摩阻、泵徑、充滿系數、桿管偏磨、原油粘度、氣體、結蠟狀況、地層供液能力。找出影響系統效率的關鍵性因素，地面、井下各環節綜合考慮才能使抽油機系統達到更好的運行效果。

3.2 平衡方式

隨著開采時間和井況的變化，抽油機井的平衡狀態也隨之變化，抽油機井系統的平衡度對抽油機井的系統效率影響較大，保持合理的平衡是抽油機井節能降耗的有效手段，研究新的平衡方式，實現隨動平衡，使抽油機井運轉過程中的平衡狀態隨負載的變化而調整，從而達到節能的目的。

3.3 降低抽油機井懸點載荷

（1） 降低動載

游梁抽油機的合理驅動在考慮其負載特點的同時，還要有利于機、桿、泵系統的配合，因此為適應常規抽油機的交變載荷，應該采用軟特性驅動，盡可能采取低沖次運行，因軟特性可以減緩換向加速度，降低慣性載荷和振動載荷，從而可以大大降低減速器的峰值扭矩。

（2） 降低靜載

采用輕質抽油桿可以大幅度降低抽油機井懸點載荷，因此有必要開展輕質柔性抽油桿的適應性研究。

3.4 提高泵效

（1） 研究提高抽油泵充滿系數措施，如：安裝氣錨。對于油氣比較高的井，使用氣錨可提高泵的容積效率來達到提高系統效率的目的；

（2） 加強降低沖程損失技術研究，研制安全可靠的油管錨定工具，降低沖程損失，提高泵效；

（3） 以系統效率最大為目標，抽油機井優化設計軟件為手段，利用現有的模擬試驗設備，開展不同工況參數條件下常規抽油機井的系統效率評價試驗研究工作。

4 認識

（1） 抽油機的負荷特點決定了選用普通異步電動機來驅動，這種驅動方式不可避免地形成“大馬拉小車”的現象。同時油田在選配電機時考慮油井工況異常，人為的增大了余量，加劇了“大馬拉小車”這一現象。

（2） 通過對抽油機井敏感性因素分析、研究合理的平衡方式、降低抽油機井懸點載荷、提高泵效率等技術，可以實現抽油機系統節能降耗，運轉工況合理。

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作者簡介：姓名；姜修田 男 1969 05 11 大慶市采油五廠一礦測試隊 油田測試工作