造成抽油機能耗高的原因分析與治理對策

宮麗卿 薛小蜂

摘 要：導致抽油機能耗偏高的因素較多，實現抽油機井的節能降耗是一項復雜的系統工程。本文對抽油機能耗高的成因進行了分析，并在此基礎上詳細介紹了幾種常見的抽油機節能技術及其應用對策方法，取得了良好的效果。

關鍵詞：抽油機;能耗;成因分析;節能降耗;對策

1.造成抽油機能耗高的原因分析

1.1電動機負載低

為保證抽油機的啟動要求和在運行時有足夠的過載能力，通常所配的電動機裝機功率較大，而電動機正常運行時都是輕載運行，造成抽油機負載率低，與電動機不匹配，形成“大馬拉小車”的生產狀況，使線路、變壓器、電動機的功率損耗增大;電動機的運行效率取決于負載率，輕載時電動機的效率很低，當負載增加到一定值時，變化則很小，有實驗證明：負載率〈0.4時，效率的變化不大，負載率>0.7時，效率最高。當電動機負荷很低時，電動機仍要從電網吸取較大的無功功率，從而降低了功率因數，這就是目前電機功率因數低的主要原因。

1.2空抽運轉

空抽運轉是指抽油機在空負載或者接近空負載情況下仍維持運行，造成這種現象的原因有兩種，一是由于抽油機在設計制造時會按照油井最大抽取量進行選擇，并且為了防止意外情況還會預留下設計余量;第二是抽油機在工作過程中隨著工作深度的不斷增加，地下油量會越來越少，最后出現空抽現象。

1.3抽油機設備陳舊

設備陳舊是導致抽油機工作效率低的重要因素，此外設備老化現象還會對企業生產的經濟效益產生較大的影響。對于中型油田企業來說，由于設備陳舊老化造成的折舊可能達到上億元，依靠引進抽油機很難對油田工作面整體運行情況進行全面的改善，并且新增抽油機還要依靠大量的資金進行長期的規劃，這給企業運行造成了設備和資金上的負擔。引起抽油機陳舊的原因很多，其中與地質層的摩擦、機器之間的磨損以及原油的侵蝕是造成設備陳舊的主要因素，也是很難控制的因素。此外由于操作不當或者維護力度不夠也能夠對設備的使用壽命和工作效率產生影響，抽油機工作環境較為復雜，并且多維露天作業，因此工況情況十分惡劣，為抽油機的維護保養造成了阻礙，但是這種影響因素能夠通過管理水平的提升得到有效的改善。

1.4抽油機系統效率低

由電機、地面傳動設備及井下抽油設備構成了有桿抽油系統，各部分效率都與系統效率有著密切的聯系，任何一部分的效率減低都會導致系統效率變低，因此如何提高抽油機系統的總效率，建設節能低耗的百年油田是需要我們攻克的一個復雜的系統工程。

1.5抽油機能耗大

油田現在主要應用的是游梁式抽油機，它是油田的電能消耗的主要設備。不同型號的游梁式抽油機即使在相同的工作條件，井下工況其同一時刻的井下能耗也是有所差別的。根據多年的工作研究得出導致抽油機能耗大的主要原因有：（1）游梁式抽油機的負載特性和其所匹配的三相異步電動機的轉矩特性不同步。常常會出現電動機變成發電機的狀況發生二次能量轉化現象，電動機的工作效率大大的降低。（2）現在一些常規的抽油機的扭矩因數很大，隨之會產生很大的載荷波動系數，抽油機的能耗也會加大。

2.降低抽油機能耗的治理對策

2.1選用高效節能型電機或專用電機，淘汰老舊落后電機

高效節能型電機的電機損耗僅是傳統落后電機的幾分之一，但電機效率卻明顯高于同狀態下一般電機，是老舊落后電機更替的首選。

（1）永磁同步電機。抽油機上使用的永磁同步電機是一種異步啟動的同步電機，由轉子交流啟動后牽入同步運行，類似于交流同步電機。其運行是靠定子繞圈在氣隙中產生的旋轉磁場與轉子上磁鋼間的相互吸引，使轉子與定子氣隙磁場同步旋轉而做功。其轉子等效電阻電路，故功率因數高，因無磁勵電流，其空載損耗小。電機效率可達96%左右，較三相異步電機高。

（2）直流電機。直流電機有優良的控制性能，其機械特性和調速特性均為平行的直線，這是各類交流電動機所沒有的特性。此外，直流電動機還有起動轉矩大、效率高、調速方便、動態特性好等特點。

（3）其他專用電機。對有特殊工藝要求的設備，其對電機某一方面性能的要求不同，應結合具體情況具體裝配，盡量減少因普通電機為彌補專用電機性能而造成額外電機電耗。

2.2提高電機負載率

電機低負荷率下的效率低和功率因數低是抽油機浪費電能的原因之一，電動機負載率提到7-12%，則系統效率可提高2-4%，當電機負載率低于25%時，應考慮奉還一個低容量級別的電動機。針對供液不足井泵效低，耗電量大的現狀，采取低速電機和變頻器手段進行參數優化，達到節電的目的。在選擇電機時應注意以下兩點：（1）如果電機功率選得過小，就會出現“小馬拉大車”現象，造成電機長期過載，使其絕緣因發熱而損壞，甚至電機被燒毀。（2）如果電機功率選得過大，就會出現“大馬拉小車”現象。其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數和效率都不高，不但對用戶和電網不利，而且還會造成電能浪費。

要正確選擇電動機的功率，必須經過以下計算或比較：（1）對于恒定負載連續工作方式，所選電機的額定功率應等于或稍大于計算所得的功率。（2）短時工作定額的電機，與功率相同的連續工作定額的電機相比，最大轉矩大，重量小，價格低。因此，在條件許可時，應盡量選用短時工作定額的電機。（3）對于斷續工作定額的電機，其功率的選擇要根據負載持續率的大小，選用專門用于斷續運行方式的電機。

2.3針對不同系統，合理調整系統參數，科學維護，加強管理節能

電機的日常維護也是決定電機是否高效低耗經濟運行的重要因素，要按照系統參數設置的要求，定期檢查電機運轉情況，優化管理和維護。避免電機長時間超負荷、高溫運行，對電機效率過低、不能經濟運行的電機要及時進行原因監測分析，調整負載狀態，盡可能地保持電機長時間處于經濟運行狀態。 對運行的各個系統，進行正確的參數設置，監控電機與終端裝置的匹配狀況，避免“大馬拉小車”和“小馬拉大車”現象，讓電機始終保持在經濟運行位置。

2.4使用軟啟動、變頻調速裝置或安裝節電裝置

通常感應電動機采用直接啟動或一般啟動的方法，電機的全壓起動電流為額定電流的5-7倍，不僅損耗大，對電網沖擊也大，機械磨損，振漏大。如果用變頻調速啟動，可以將起動電流限制到很小，即使是滿載起動，也只比額定電流稍大就可以了，損耗大大降低，既不沖擊電網，又不沖擊機械。

2.5 改進平衡方式

改進抽油機的平衡方式，提高抽油機的平衡度，可以降低減速器輸出軸轉矩的波動幅度，達到節能的目的。一是平衡相位角。為了平衡扭矩與載荷扭矩對齊，偏置這樣一個角度。二是變距平衡。這種平衡節能技術，解決的是抽油載荷正常生產時的周期變化。運用變距節能原理的典型應用事例就是雙驢頭抽油機。

3.結束語

抽油機與電動機的節約用電是一個復雜的系統工程，包括地下和地面兩方面的諸多因素，不能忽略其中的任一環節，只有做到環環相扣，優化其中的每一個“細節”，達到能耗最低化、產量最大化。造成抽油機能耗高的因素較多，要抽油機井的節能降耗是一項系統工程，要做到地層與設備、設計與技術、技術與管理的協調統一，不斷應用新技術、新工藝，使抽油機井節能降耗深入持久的開展下去。

參考文獻：

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