某油田抽油機的特性及節(jié)能分析

【摘 要】目前各種類型的節(jié)能抽油機逐年增加，但常規(guī)抽油機仍是油田開采最主要的舉升方式，約占抽油機總數(shù)的90%以上。闡述了大慶油田常規(guī)抽油機使用現(xiàn)狀及優(yōu)缺點，并對常規(guī)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(qū)動抽油機不可避免地就會形成“大馬拉小車”的現(xiàn)象，論述了常規(guī)抽油機出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象的主要起因。分析了常規(guī)抽油機的節(jié)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(guī)抽油機系統(tǒng)效率的對策。

【關(guān)鍵詞】常規(guī)抽油機；抽油機特性；節(jié)能

目前，抽油機井用電量約占油田總用電量的45%左右，是油田耗能大戶。雖然節(jié)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(guī)游粱式抽油機和偏置（也稱異相）游粱式抽油機，截止到2016年11月，大慶油田共有抽油機31827臺，常規(guī)抽油機26675臺（其中包括常規(guī)游粱式抽油機6660臺，偏置游粱式抽油機19200臺，前置機95臺，其他常規(guī)機514臺），常規(guī)機占抽油機總數(shù)的80.8%。分析常規(guī)抽油機的特點、使用現(xiàn)狀及負載特性，探索其節(jié)能潛力具有一定的現(xiàn)實意義。

1 目前大慶油田常規(guī)抽油機井現(xiàn)狀

常規(guī)抽油機以其結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)等優(yōu)點被廣泛應(yīng)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(shè)備投產(chǎn)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45%，系統(tǒng)效率平均在23%左右.

2 常規(guī)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(wǎng)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(gòu)，如平衡塊，電機軸上形成的總負荷轉(zhuǎn)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(guān)。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(guī)抽油機沖次一般說來為6～10次/min，即波動周期5～11s。

（2）平衡扭矩是一正弦曲線，而油井負荷扭矩不規(guī)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(qū)動抽油機不可避免地就會形成“大馬拉小車”的現(xiàn)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(zhuǎn)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(jié)蠟時，不致因起動困難燒毀電動機，當(dāng)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(xiàn)象。

常規(guī)抽油機低負荷運轉(zhuǎn)造成電機效率低，功率因數(shù)低。抽油機的負荷呈周期性波動，電機轉(zhuǎn)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(guān)，但難以根除這一現(xiàn)象，負功率在抽油機電動機和電網(wǎng)之間流動，有功電能的吞吐增加了電機和電網(wǎng)的損耗，導(dǎo)致功率因數(shù)降低。

3 常規(guī)抽油機的節(jié)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(tǒng)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(shù)、桿管偏磨、原油粘度、氣體、結(jié)蠟狀況、地層供液能力。找出影響系統(tǒng)效率的關(guān)鍵性因素，地面、井下各環(huán)節(jié)綜合考慮才能使抽油機系統(tǒng)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(tài)也隨之變化，抽油機井系統(tǒng)的平衡度對抽油機井的系統(tǒng)效率影響較大，保持合理的平衡是抽油機井節(jié)能降耗的有效手段，研究新的平衡方式，實現(xiàn)隨動平衡，使抽油機井運轉(zhuǎn)過程中的平衡狀態(tài)隨負載的變化而調(diào)整，從而達到節(jié)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(qū)動在考慮其負載特點的同時，還要有利于機、桿、泵系統(tǒng)的配合，因此為適應(yīng)常規(guī)抽油機的交變載荷，應(yīng)該采用軟特性驅(qū)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(zhì)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(zhì)柔性抽油桿的適應(yīng)性研究。

3.4提高泵效

（1）研究提高抽油泵充滿系數(shù)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(tǒng)效率的目的；

（2）加強降低沖程損失技術(shù)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(tǒng)效率最大為目標，抽油機井優(yōu)化設(shè)計軟件為手段，利用現(xiàn)有的模擬試驗設(shè)備，開展不同工況參數(shù)條件下常規(guī)抽油機井的系統(tǒng)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(qū)動，這種驅(qū)動方式不可避免地形成“大馬拉小車”的現(xiàn)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(xiàn)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(shù)，可以實現(xiàn)抽油機系統(tǒng)節(jié)能降耗，運轉(zhuǎn)工況合理。

作者簡介：

王自軍；性別：男；出生：黑龍江省大慶市紅崗區(qū)；籍貫：河南省；參加工作：1988年；學(xué)歷：本科；工種：采油工種；工作單位：大慶市紅崗區(qū)采油四廠一礦北三隊

（作者單位：大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠第一油礦）