游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)能耗分析及對(duì)策研究

鄭海濤，俞家善，陶 媛，張富新，張巖峰

（1.中國石油吐哈油田公司三塘湖采油廠，新疆哈密 839000；2.中國石油吐哈油田公司工程技術(shù)研究院，新疆哈密 839000；3.中國石油吐哈油田公司魯克沁采油廠，新疆哈密 839000）

0 引言

游梁式抽油機(jī)在抽油機(jī)中處于主導(dǎo)地位，同時(shí)，它的能耗在采油成本中也占據(jù)較大的比重，因此要注重對(duì)游梁式抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)與方法實(shí)施改進(jìn)，降低油田能源消耗[1]。另外，油田采油工作環(huán)境條件復(fù)雜惡劣，且抽油機(jī)要帶動(dòng)抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)換向數(shù)萬次，承受巨大的載荷，抽油機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性至關(guān)重要[2]。注重井下工作與地面工作，完善優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)，才能保證抽油機(jī)的平衡，提高系統(tǒng)效率以保證油田開采質(zhì)量。

1 游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)能耗高原因分析

1.1 電機(jī)功率利用率不匹配

經(jīng)濟(jì)負(fù)載率指電機(jī)效率最高時(shí)的負(fù)載率，在實(shí)際情況下，油田采油工作中相關(guān)系統(tǒng)器械難以保持高效率，一般來說，電機(jī)的負(fù)載率在76%～100%，屬于電機(jī)的正常負(fù)載率。但抽油機(jī)負(fù)載率周期不固定，伴有極強(qiáng)的波動(dòng)性，若負(fù)載率低，電機(jī)效率也會(huì)降低，進(jìn)而影響抽油機(jī)系統(tǒng)效率[3]。另一方面，抽油機(jī)通常采用異步電機(jī)，且抽油機(jī)的啟動(dòng)是帶載啟動(dòng)，存在巨大的慣性矩，由上下固定點(diǎn)啟動(dòng)，但抽油機(jī)是以轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，致使最大扭矩之間的能耗，同時(shí)，在電機(jī)的選擇上，考慮到油井生產(chǎn)的不同，選擇功率大的電動(dòng)機(jī)，加劇能量的消耗。

1.2 抽油機(jī)的平衡

抽油機(jī)需要保持平衡才能在電機(jī)工作時(shí)電流波動(dòng)穩(wěn)定，避免電機(jī)功率出現(xiàn)負(fù)值現(xiàn)象，減少不必要的耗電，但抽油機(jī)在工作中難以保持平衡，同時(shí)，電機(jī)的變動(dòng)損耗為抽油機(jī)主要的能量消耗，且在傳輸過程中產(chǎn)生固定消耗，電機(jī)不能有效調(diào)整就會(huì)失去平衡，加大電流的波動(dòng)程度，增加能源的消耗[4]。再者，游梁式抽油機(jī)工作過程為上沖程與下沖程，上沖程懸點(diǎn)載荷為油液與抽油桿的重力與慣性力，下沖程懸點(diǎn)載荷為抽油桿的重力與慣性力，因此，工作懸點(diǎn)載荷的變化浮動(dòng)增大，產(chǎn)生周期性波動(dòng)載荷，進(jìn)而引發(fā)電機(jī)輸出端負(fù)載與沖擊載荷，導(dǎo)致大量的電能消耗[5]。

1.3 電機(jī)參數(shù)不合理

電機(jī)參數(shù)是否合理影響抽油機(jī)井的能量消耗大小。具體的抽油機(jī)井生產(chǎn)參數(shù)由沖程沖速、沉沒度和油泵的泵徑構(gòu)成，電機(jī)參數(shù)合理，節(jié)能效率高。若油井供液不足，會(huì)使抽油機(jī)系統(tǒng)負(fù)載率波動(dòng)變大，降低工作效率。

1.4 井下泵的效率低

井下泵的低效率也會(huì)使抽油機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生能量消耗，在實(shí)際工作總結(jié)與研究中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致井下泵效率低的第一個(gè)原因是地面拖動(dòng)設(shè)施不合理，再加上電機(jī)功率利用率低，產(chǎn)生井下泵效率低。第二個(gè)原因是油田地下油層的發(fā)育差且供液能力差，進(jìn)而產(chǎn)能也差，同時(shí)，抽油機(jī)沖程沖次利用率低。第三個(gè)原因是井下工具的結(jié)構(gòu)安排、尺寸強(qiáng)度以及組合方式的不合理，加劇能耗的增加，加上對(duì)抽油井管理的疏忽，使機(jī)井達(dá)不到有效功率。第四個(gè)原因是井下泵的低效率也會(huì)受井斜、井筒流體的組分與物性。當(dāng)前，油田開采工作中普遍存在抽油機(jī)泵低效率現(xiàn)象，且最終生產(chǎn)效率不足50%，能耗利用率低，導(dǎo)致整個(gè)抽油機(jī)工作效率降低[6]。

1.5 傳送帶的能量消耗

油田采油工作量巨大，整個(gè)過程需要協(xié)調(diào)有序進(jìn)行才能保證最終的工作質(zhì)量與成效，因此，除了電機(jī)損耗加大抽油機(jī)能量損耗外，傳送帶的能量損耗與其他流程的問題都會(huì)對(duì)抽油機(jī)的效率造成影響。

2 降低系統(tǒng)能耗的對(duì)策措施

2.1 優(yōu)化抽油機(jī)井裝機(jī)功率

目前，電機(jī)功率的利用率在采油工作中效率極低，主要原因是由于長時(shí)間的工作，產(chǎn)生的不確定因素影響，抽油機(jī)負(fù)載時(shí)刻交換，波動(dòng)幅度大，使機(jī)器長時(shí)間過載工作運(yùn)行，縮短電機(jī)的使用壽命。電機(jī)的合理區(qū)間在30%～60%，若電機(jī)利用率提高10%，效率就會(huì)提高5%，但是一旦利用率到達(dá)60%，電機(jī)就會(huì)產(chǎn)生過載現(xiàn)象，科學(xué)合理地將電機(jī)利用率設(shè)置在40%，就能在保證機(jī)器高效運(yùn)行的同時(shí)，也保證電機(jī)的使用壽命[7]。

2.2 優(yōu)化游梁式抽油機(jī)平衡方式，提升抽油機(jī)平衡度

（1）采用異相型游梁式抽油機(jī)，異相型抽油機(jī)有一個(gè)平衡相位角，即曲柄平衡塊中心線與曲柄對(duì)稱中心線的偏離角度，能將抽油機(jī)下死點(diǎn)對(duì)應(yīng)曲柄位置滯后一個(gè)相位角，并且以井口在右側(cè)為準(zhǔn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使曲柄軸的輸出扭矩曲線呈平緩狀態(tài)，由此降低電機(jī)的輸入功率，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

（2）游梁式抽油機(jī)在負(fù)荷情況下處于一種沖擊性周期變更，啟動(dòng)的扭矩變大，沖速過程中負(fù)載波動(dòng)大，要注重為抽油機(jī)提供強(qiáng)大動(dòng)力設(shè)備的電機(jī)實(shí)施改造，利用抽油機(jī)專用電機(jī)，如稀土永磁電機(jī)、超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)，能提供啟動(dòng)所需要的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)，也能有效降低裝機(jī)功率，提升電機(jī)的效率與功率。

（3）采用雙驢頭抽油機(jī)，優(yōu)化4 連桿機(jī)構(gòu)，利用柔性連接部件，使運(yùn)行抽油機(jī)的扭矩變化與抽油機(jī)的負(fù)荷曲線趨向一致，減少扭矩過大產(chǎn)生的高能量消耗，合理使用變距平衡達(dá)到節(jié)約能源的目的[8]。

2.3 提升井下抽油泵效率

（1）系統(tǒng)實(shí)施優(yōu)化，強(qiáng)化系統(tǒng)的機(jī)械效率，確保抽油機(jī)載荷率在60%～80%，注重技術(shù)水平的提高與發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高。采用平均功率法，調(diào)節(jié)平衡技術(shù)，提升傳送過程中的效率，要注意對(duì)設(shè)備的管理，對(duì)已損壞的皮帶及時(shí)更換，再依據(jù)抽油機(jī)的具體特點(diǎn)與采油過程中的特點(diǎn)，合理把握皮帶的松緊程度。

（2）合理化沉沒度與工作方式，對(duì)氣體能量合理管理與利用，不斷改進(jìn)創(chuàng)新，對(duì)泵結(jié)構(gòu)實(shí)施優(yōu)化，提高泵的能效與防腐蝕能力，適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境。

（3）根據(jù)實(shí)際情況采取抽停，合理控制間歇生產(chǎn)。

（4）對(duì)桿管的彈性損耗進(jìn)行控制，合理協(xié)調(diào)供采，優(yōu)化動(dòng)力配置，調(diào)整參數(shù)。

（5）注重日常對(duì)機(jī)采系統(tǒng)的維護(hù)與管理，機(jī)器要定期清理清潔，具體方式可利用加藥加熱洗，降低抽油機(jī)負(fù)荷與油井的工作耗電量，還可采用對(duì)井口回壓套壓控制減少提升機(jī)采系統(tǒng)效率，注重對(duì)原因的發(fā)掘與分析，采取針對(duì)性措施。

（6）根據(jù)實(shí)際情況對(duì)抽油機(jī)的平衡進(jìn)行調(diào)整，保證機(jī)采機(jī)械效率的提高。主要原因是如果抽油機(jī)平衡差，相應(yīng)的電機(jī)需要的功率就會(huì)大，致使耗電量增強(qiáng)。因此要對(duì)抽油機(jī)的平衡實(shí)施嚴(yán)格監(jiān)控；根據(jù)不同油井狀態(tài)與特點(diǎn)，選用與實(shí)際相符合的電機(jī)，達(dá)到資源的合理分配與利用，減少功能的損耗。要注意對(duì)實(shí)際操作工作的指導(dǎo)，培養(yǎng)工作人員的應(yīng)急處理能力，換機(jī)工作要有明確的流程與專業(yè)化的指導(dǎo)，若電機(jī)負(fù)載率低就調(diào)大，電機(jī)的負(fù)載率高就依據(jù)實(shí)際調(diào)小，科學(xué)合理控制能耗，提高機(jī)采機(jī)械效率，進(jìn)而提高整個(gè)油田采油工作效率。有關(guān)工作人員也要注重提升自身專業(yè)能力，強(qiáng)化對(duì)抽油機(jī)保養(yǎng)與調(diào)整，優(yōu)化最終效率[9]。

2.4 優(yōu)化抽油機(jī)井生產(chǎn)參數(shù)

在油田開采過程中，需要各個(gè)環(huán)節(jié)的把控與加強(qiáng)，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤，都會(huì)對(duì)最終的采油成效產(chǎn)生巨大的影響。由此，對(duì)于抽油機(jī)井的機(jī)、桿、泵要依據(jù)油田特征選擇型號(hào)與性能，既保證質(zhì)量，又保證能源的節(jié)約，同時(shí)，還要注重對(duì)工作參數(shù)的整合優(yōu)化，在堅(jiān)持高系統(tǒng)效率與供排協(xié)調(diào)的前提下，對(duì)油井的投產(chǎn)與井況改善采取有效措施，適當(dāng)采取其他增產(chǎn)措施。通過實(shí)踐試驗(yàn)與研究，參數(shù)較大的井，就要合理下調(diào)沖程以及沖程參數(shù)，調(diào)整油井沉沒度，增加泵掛深度，再對(duì)井實(shí)施平衡調(diào)整，在不斷的改善與調(diào)整中，促使抽油機(jī)井達(dá)到實(shí)際需要的平衡，優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，單井產(chǎn)量不會(huì)發(fā)生大幅度下降，抽油機(jī)整體效率大大提升。利用參數(shù)優(yōu)化提升抽油機(jī)系統(tǒng)效率，投入資金少、見效快、節(jié)約成本。

3 結(jié)束語

油田開采過程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，其中，最應(yīng)重視是能源消耗增大，每個(gè)環(huán)節(jié)都相互聯(lián)系，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能影響最終的質(zhì)量與效率，在抽油作業(yè)中，雖然抽油機(jī)只是其中一個(gè)環(huán)節(jié)，但對(duì)采油系統(tǒng)節(jié)能有極大的影響，游梁式抽油機(jī)要保證能源的節(jié)約，就要強(qiáng)化平衡管理，注重提升油泵效率，優(yōu)化管理監(jiān)督，有效降低能耗，提高采油系統(tǒng)效率。