油田常用節能抽油機分析及應用

朱文廣 （大慶油田水務公司）

油田常用節能抽油機分析及應用

朱文廣 （大慶油田水務公司）

抽油機是油田主要耗能設備，因其結構可靠被廣泛應用，約占機采設備的65%。目前油田常用抽油機類型主要有常規游梁式抽油機、塔架式抽油機、偏置游梁式抽油機和矮型異相曲柄平衡抽油機。抽油機選型主要是參考抽油機的額定載荷，但由于油田井下情況復雜，為了適應油田生產的需要，選型還要參考抽油機的結構特點和節能效果。經過對比試驗，塔架式抽油機節電效果最好，有功節電率為29.88%；異相型復合平衡抽油機有功節電率為9.33%；矮型異相曲柄平衡抽油機適用于負荷低的井，有功節電率為15.60%。對于稠油開采建議采用長沖程、低沖速的塔架式抽油機，對于稀油且產液量小的井建議用矮型異相曲柄平衡抽油機，異相型復合平衡抽油機易由普通游梁式抽油機改造而成，適合井況變化不大的抽油機節能改造。

油田；節能；塔架式抽油機；異相型復合平衡抽油機；矮型異相曲柄抽油機

常規游梁式抽油機是一種后置式的四連桿結構，是新型游梁式抽油機的原型，但由于本身結構上的不合理，使得不能解決平衡效果差，載荷低，能耗高等缺點[1-2]。同時，常規游梁式抽油機的懸點載荷為周期性變化，懸點載荷在減速器曲柄軸上的轉矩曲線與曲柄的正弦曲線差不很大，疊加出來的載荷波動很大，為了滿足載荷峰值的要求，必須配備功率較大的電動機來提供較大的余度。常規游梁式抽油機雖然可靠性高但效率低，平均只有10%～30%，系統效率低導致能耗大。相比其他技改方式，抽油機技改是技能效果最好的一種節能方式，目前常用節能型抽油機大體可分為矮型異相曲柄平衡抽油機、異相型復合平衡抽油機（包括下偏杠鈴）、塔架式抽油機3種，下文對其結構特點、節能效果進行分析最后確定適用范圍。

1 矮型異相曲柄平衡抽油機

1.1結構特點

矮型機游梁擺角約達90°，使游梁與驢頭為一體。四連桿機構運動特點是上沖程運行時間長（曲柄轉角為190°），下沖程運行時間短（曲柄轉角為170°）。平衡重臂偏置曲柄某一最佳相位角，使電動機功率周期變化平緩。

1.2節能效果

在大慶油田生產井上與CYJ6-2.5-26HB對比，結果如下：

平均系統效率提高2.31百分點，有功節電率15.60%，無功節電率37.11%，綜合節電率18.07%。

1.3適用范圍

與6型常規抽油機相同，由于其最大沖程只有2.5 m，其理論排量受到限制，所以只能用于產量較低的井上。同時，由于該機具有上沖程慢、下沖程快的運動特性，在稠油井上要慎用，以免出現抽油桿下行滯后現象。

2 異相型復合平衡抽油機

2.1結構特點

普通抽油機的曲柄中心線與平衡裝置的中心線重合，而異相抽油機的曲柄中心線與平衡裝置的中心線有一個相位角。同時，曲柄中心軸承與游梁、連桿的連結銷不在一條垂直線上，這樣的改進使曲柄上沖程時的轉角大于190°，下沖程小于170°，從而降低了上沖程時的加速度，降低了上沖程時懸點的慣性載荷，以達到節能效果。復合平衡方式可降低曲柄軸峰值轉矩，在一定程度上可起到減少能耗的作用。用復合平衡的方式可在一定程度上改善抽油機在大負荷下的轉矩特性。下偏杠鈴是通過參數優化得到的一個復合平衡抽油機的“升級版”，所以一起考慮。

2.2節能效果

生產井上與CYJ10-3-37HB對比：平均系統效率提高4百分點，有功節電率18.88%，無功節電率41.00%，綜合節電率21.62%。

標準井上：平均系統效率也提高了4百分點，有功節電率9.33%，無功節電率21.89%，綜合節電率10.10%。

2.3適用范圍

該機適合于中低黏度原油和高含水期開采。因為常規抽油機依然占據著油田抽油機的最大比重，考慮到油田生產實際和生產成本等原因，舊抽油機改造是一條很好的節約能源、節約成本的好方法，而改造為復合平衡或下偏杠鈴，對老機型改造少、容易實施。

3 塔架式抽油機

3.1結構特點

長沖程抽油機具有高采油效率，增加原油產量；提高抽油桿和抽油泵的使用壽命；排量穩定，動載荷小；抽油機平衡效果較好。

3.2節能效果

生產井上與CYJY14-6-89HF對比：平均系統效率提高6.75百分點，有功節電率27.95%，無功節電率71.18%，綜合節電率33.69%。

標準井上：平均系統效率提高16.6百分點，有功節電率29.88%，無功節電率58.3%，綜合節電率31.43%。

塔架式抽油機生產井上節能效果優于標準井，原因為標準井泵較淺，而且使用水為循環介質，與深井、稠油井相比沒有完全發揮出塔架式抽油機長沖程、低沖速能夠減少沖程損失，增加泵充滿度的優勢。

3.3適用范圍

排量大，參數調節方便，適用于高產井和產量波動大的井。同時也適用于深井、稠油熱采井、大泵深抽，其長沖程、低沖速特性使泵筒充滿系數高，可以消除氣鎖，防止結蠟。但有的抽油機吊繩承載后，易造成破股損壞，而且更換比較困難。

4 效果對比

下面分析在不同負荷條件下不同類型抽油機的節能效果，選擇在標準井上利用調節動液面來模擬不同負荷，分別選取300、600、800 m動液面來進行試驗，從而得出不同負載下的不同抽油機的有功節電率（圖1）。

圖1 抽油機不同負荷（動液面深度）下有功節電率對比

由圖1可知：

1） 有功節電率隨著負荷的增加而下降。主要原因是在輕載時，電動機功率余量充足即負載率很小，所以節能效果好。隨著負荷的增加，余量減少，節電率就會減少。因為電動機的負載率為電動機的輸出功率與額定功率的比值，而普通異步電動機的輸出功率與輸出轉矩成正比。根據Y系列異步電動機負載率與效率的關系曲線可知，負載率在35%以上時，效率能夠達到90%。

2） 塔架式抽油機節能效果明顯。首先是因為塔架式抽油機在生產過程中勻速運動，減少抽油機動載荷，無游梁、四連桿等機械結構的能量損失；其次是塔架式抽油機采用開關磁阻電動機和伺服電動機，下行時耗電較少。

3） 下偏杠鈴節能效果好于異相式復合平衡抽油機，但相差不大。原因是下偏杠鈴節能是由異相式復合平衡抽油機發展改造而來的，所以節能效果相差不多；而下偏杠鈴的參數是根據標準井情況進行了優化，所以效果好于異相式復合平衡抽油機。

[1]駱華峰，欒慶德.游梁式抽油機實體建模及仿真分析[J].石油礦場機械，2008,37（12）：22-24.

[2]張曉東，賈國超.關于我國抽油機發展的幾點思考[J].石油礦場機械，2008,37（1）：24-27.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.04.012

2016-01-04

（編輯 李珊梅）

朱文廣，1996年畢業于東北農業大學，從事節能管理工作，Email：zhuweng@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區西潭路，163000。