抽油機(jī)機(jī)械變速裝置在斜直井上的節(jié)能應(yīng)用

丁嘉琦（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

1 現(xiàn)狀

目前，在大慶油田開(kāi)發(fā)后期，隨著地下原油的不斷開(kāi)采，地層液體供應(yīng)能力不斷降低，采油的壓力差減小，導(dǎo)致抽油機(jī)的泵效降低。為了提高效率，減少磨損，就需要調(diào)整抽油機(jī)的沖程和沖速等參數(shù)，以解決油井生產(chǎn)中供給和排放失調(diào)的矛盾，進(jìn)一步提高抽油機(jī)的系統(tǒng)效率，達(dá)到采油過(guò)程節(jié)能的要求[1]。抽油機(jī)的沖程由于機(jī)器型號(hào)的限制，調(diào)整幅度很小，故降低沖速的方法更為普遍。目前，大慶油田采用的主要方法如下：調(diào)整抽油機(jī)的傳動(dòng)輪和電動(dòng)機(jī)輪的尺寸，由于合適的抽油機(jī)型號(hào)較少，且更換時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以滿足沖速要求；采用電磁調(diào)速驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，但該電動(dòng)機(jī)采購(gòu)費(fèi)用和日常維護(hù)支出都過(guò)高，同時(shí)能耗較大，無(wú)法滿足經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的；使用變頻器，該設(shè)備可以有效，但成本同樣很高，而且維護(hù)管理較困難，不能達(dá)到預(yù)期的效果。因此，急需研究一套抽油機(jī)節(jié)能裝置解決該問(wèn)題。

2 機(jī)械變速裝置的原理和結(jié)構(gòu)

該設(shè)計(jì)主要是通過(guò)在抽油機(jī)的變速箱和電動(dòng)機(jī)間裝設(shè)一個(gè)減速節(jié)能的裝置來(lái)降低功率。這套裝置主要是由軸承支座和多個(gè)直徑不同的轉(zhuǎn)輪構(gòu)成，分為彈性輸入裝置、換擋裝置和單向輸出裝置。通過(guò)增加傳動(dòng)比，降低了電動(dòng)機(jī)功率，并且滿足了抽油機(jī)的懸掛點(diǎn)負(fù)荷要求。

如圖1 所示，該裝置采用四軸單中心距離結(jié)構(gòu)，四軸為動(dòng)力輸入軸，主中間軸，副中間軸和動(dòng)力輸出軸。動(dòng)力輸入軸，主中間軸和動(dòng)力輸出軸三者依次連接。彈性輸入裝置安裝在動(dòng)力輸入軸上，使主中間軸和動(dòng)力輸出軸進(jìn)行單方向的傳動(dòng)來(lái)保證動(dòng)力輸出。主中間軸、輸入動(dòng)力軸和輔助中間軸通過(guò)滑動(dòng)齒套，固定齒座進(jìn)行換檔。路徑由電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳遞給彈性輸入裝置，然后通過(guò)換擋裝置獲得所需的速度，通過(guò)單向輸出裝置獲取固定方向上的動(dòng)力輸出可以很好解決抽油機(jī)設(shè)備輸出的功率與在用負(fù)荷不成比例的問(wèn)題，大幅度降低了電動(dòng)機(jī)功率。同時(shí)，該裝置可以通過(guò)低功率電動(dòng)機(jī)來(lái)滿足抽油機(jī)的低功率運(yùn)行的需求。該裝置具有“兩降、兩穩(wěn)、一優(yōu)化”的優(yōu)點(diǎn)，“兩降”：降低了耗電量、降低成本；“兩穩(wěn)”：?jiǎn)?dòng)平穩(wěn)、運(yùn)行平穩(wěn)；“一優(yōu)化”：優(yōu)化油井的綜合運(yùn)行參數(shù)，提高泵效率，降低管筒磨損，最終滿足油井生產(chǎn)的“最大效益”要求[2]。

圖1 抽油機(jī)機(jī)械變速裝置

3 抽油機(jī)機(jī)械變速裝置的優(yōu)點(diǎn)

1）可以有效降低抽油機(jī)原電動(dòng)機(jī)的功率，進(jìn)而大大節(jié)約電量。以往，抽油機(jī)啟機(jī)時(shí)，輔助電動(dòng)機(jī)都要比抽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的功率大很多，因此，在電動(dòng)機(jī)使用期間的實(shí)際的輸出功率要遠(yuǎn)超過(guò)抽油機(jī)的實(shí)際的輸出功率出現(xiàn)載荷過(guò)低的現(xiàn)象[3]。該裝置可以通過(guò)皮帶輪的內(nèi)置摩擦離合器或利用彈性動(dòng)力輸入機(jī)構(gòu)較好地減輕由電動(dòng)機(jī)的瞬間轉(zhuǎn)矩和電流引起的設(shè)備損壞。它不但可以降低由抽油機(jī)的交變負(fù)載引起的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)電流的波動(dòng)，而且還可以選擇功率較小的電動(dòng)機(jī)，降低電動(dòng)機(jī)的采購(gòu)成本，使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和電動(dòng)機(jī)特性相匹配，讓電動(dòng)機(jī)始終在高效率區(qū)域工作，很好的提高了電動(dòng)機(jī)的效率。

2）采用機(jī)械換檔裝置，可以使抽油機(jī)的沖速調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單快捷，大大節(jié)約了抽油機(jī)的調(diào)節(jié)時(shí)間，提高了效率[4]。而且可以根據(jù)每口井的產(chǎn)量不同，隨時(shí)調(diào)整沖程次數(shù)，從而精確匹配抽油次數(shù)和油井抽油量。防止抽油機(jī)做無(wú)用功，使得整個(gè)系統(tǒng)始終高效運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能。該裝置的使用改變了抽油機(jī)工作的傳統(tǒng)模式，并且在1 min內(nèi)完成3 h甚至更長(zhǎng)時(shí)間的原始調(diào)節(jié)時(shí)間。所以其方便快捷，更換容易可以大大提高采油效率[5]。

3）選取單向動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)，可以很好的消除抽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)電網(wǎng)逆向發(fā)電造成的能量損失。在抽油機(jī)下降期間，從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的過(guò)程是加速過(guò)程，其非常快并且甚至超過(guò)電動(dòng)機(jī)的速度。當(dāng)在超過(guò)電動(dòng)機(jī)速度時(shí)發(fā)生反向發(fā)電時(shí)，通過(guò)單向動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)設(shè)定裝置，使得電動(dòng)機(jī)不克服抽油機(jī)的下行動(dòng)能。消除了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出無(wú)用功的狀態(tài)，大大降低了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作能量輸出。既解決了反發(fā)電問(wèn)題又節(jié)約用電[6]。

4 應(yīng)用效果分析

4.1 調(diào)整沖速后電流變壓

該裝置在第一采油廠某礦應(yīng)用100 口井，通過(guò)對(duì)6口井跟蹤觀察，測(cè)試調(diào)整沖速后電流變化情況見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試調(diào)整沖速后電流變化情況對(duì)比

所有井電壓均為1 100 V，按油田內(nèi)部關(guān)聯(lián)交易電價(jià)0.57 元/kWh，則平均每口井每年節(jié)電89.38 萬(wàn)元。如果按100 口井計(jì)算，則每年可節(jié)約89 380萬(wàn)元。

4.2 增油效果

目前，很多油井都已經(jīng)進(jìn)入了采油量的尾聲期，由于壓力低，液體供給不足，導(dǎo)致泵在工作過(guò)程中被液體充滿的程度較差，工作效率過(guò)低。應(yīng)用該裝置可以在油井生產(chǎn)末期大大減少?zèng)_速的時(shí)間，增加泵的滿負(fù)荷運(yùn)行系數(shù)，提高輸出功率。簡(jiǎn)單計(jì)算，單口井可以在每個(gè)熱采循環(huán)中增加30 t 石油，100口井則增油3 000 t左右。

5 結(jié)論

抽油機(jī)機(jī)械變速裝置的應(yīng)用，對(duì)降低抽油機(jī)的能量損耗，特別是在解決低沖速稠油井、供液量不足的低產(chǎn)井能耗高的問(wèn)題中有著重大意義。該裝置目前處于試驗(yàn)階段，主要用于1 100 V 傾斜垂直井，從應(yīng)用的6口井情況看，節(jié)能效果良好，每口井每年節(jié)約89.38 萬(wàn)元，按100 口井計(jì)算，每年節(jié)約89 380萬(wàn)元，在提高采油產(chǎn)量方面發(fā)揮了較大的作用。