抽油機節能降耗技術研究

鄧小茹 蘭芳 傅建軍

摘 要：在石油開采過程中，能耗巨大。隨著石油深度開采，節能開采是發展趨勢，而抽油機作為主要能耗設備之一，是影響能耗的關鍵設備。文章對抽油機能耗進行分析，提出可通過采取節能措施以及改進抽油機設備來實現抽油機的節能降耗。

關鍵詞：抽油機設備;節能降耗;油田采油

引言：

現階段，石油生產企業的規模不斷擴大，石油開采水平不斷提高，但就現有情況來看，在石油開采過程中，能耗仍十分嚴重。抽油機作為關鍵能耗設備，對其采取相應節能措施，以有效解決抽油機能耗問題，進而降低成本投入，提高收益。

1.抽油機能耗分析

1.1抽油機能耗

抽油機是整個石油開采過程中最重要的設備，其主要作用是把電能轉化為動能，通過抽油桿和抽油泵，把井底原油提升到地面。而抽油機在工作的同時，也會產生較多能量消耗，實際能耗量是按照提升原油消耗的能量與過程中損失能量之和來進行計算。提升原油消耗的能量在消耗總能量中所占的比例就是油田抽油機的有效功率。開展節能降耗工作就是要提高抽油機的有效功率，減少功率損失，進而實現節能降耗的工作目標。

1.2抽油機能耗的影響因素

在抽油機工作過程中，影響抽油機能耗的因素有很多，大致可分為井下能耗和地面能耗兩方面。導致井下能耗的因素主要包含桿管偏磨、摩阻以及沖程損失等;導致地面能耗的因素主要包含抽油機、減速箱以及電動機等相關設備的能耗。伴隨著石油的不斷開發，油井情況也發生了一些變化，此外，抽油機井平衡率也在變化。平衡率對抽油機的工作效率產生重要影響，提高抽油機平衡率，可以保證抽油機的穩定運行，還能夠起到節能降耗的作用。

與此同時，抽油機的相關配套設施也對能耗產生較大影響。抽油機電機是利用無功就地補償的方法，當出現無功補償電容器被擊穿或是配電箱箱體損壞等不良狀況，就會造成抽油機電機不能得到相應補償，進而導致電機工作效率明顯下降，產生較大能耗。此外，也會使抽油機系統產生一定能耗。總之，只有讓抽油機實現科學的平衡率及運行指標，才可以有效減少能耗損失[1]。

2.抽油機節能降耗技術研究

抽油機的節能降耗技術可分為兩方面內容，一方面是通過采取一定措施進行節能降耗，另一方面則是改進抽油機設備達到更加節能。

2.1節能抽油機

在抽油機的使用過程中，常見的節能抽油機主要包括三種：摩擦換向抽油機、雙驢頭抽油機以及下偏平衡抽油機。以下將就這三種節能抽油機進行簡單介紹。摩擦換向抽油機是采用開關磁阻電動機進行工作，這種電機是利用智能模擬及數字的共同控制，通過摩擦輪來進行傳動。由于此裝置有著許多優點，比如沖擊小、換向穩定以及無級調沖次、沖程等優勢，因此可以使電機輸入峰值扭矩得到較大降低，從而實現電機的節能降耗;雙驢頭抽油機則是基于普通抽油機來優化四連桿結構，采用變徑圓弧狀的游梁后臂，橫梁與游梁間使用柔性連接件。利用四連桿控制電機扭矩按照正弦波動，由于靜扭矩波動極小，因此可以促進電機實現節能降耗;對于下偏平衡抽油機而言，游梁偏置平衡重心的運動軌跡呈圓弧形，當重心位于回轉中心水平線上時力矩最大，處于回轉中心垂直線上時力矩最小。有效運用此原理能夠改變峰值扭矩，降低電機扭矩波動，最終提升電機的效率。通過測試數據可知，上述三種抽油機節電率相差不大，因此，可結合實際情況來選擇適合的抽油機類型，通過節能降耗進行低效開采。

2.2節能電機

在抽油機工作時，總是發生電機低負載率的問題，造成電機運行效率偏低，并損壞配電線路。針對這一問題，提出的解決方案就是利用高轉矩電機、永磁同步電機以及超高轉差電機等技術，以實現節能降耗。高轉矩電機內部是采用雙定子結構，且轉子同軸。當電機啟動時雙電機均開始工作，而運行時只需要一臺電機，進而實現電機的節能。永磁同步電機是以同步工作、異步啟動的方式進行工作。定子旋轉磁場和轉子轉速達到同步，因此，不會產生能量消耗，同時轉子不用勵磁，所以也不會有勵磁損失。總之，永磁同步電機的運行效率極高，完全能夠使電機實現節能。超高轉差電機則是采用增大轉子電阻的方法來提升轉差率，此外，還能降低電機在高負荷狀態下的運行速度，增加扭矩。超高轉差電機和永磁同步電機的節電率比高轉矩電機的節電率要高一些，充分利用這兩種電機能夠達到節能最大化。

2.3節能降耗的措施

2.3.1抽油機正確安裝和運行

當抽油機工作時，應保證井口和驢頭對中，假若不能使其對中就會造成盤根和光桿間的摩擦力變大，進而導致功率損失。抽油機設備主要包括變壓器與電動機，在變壓器的低壓側或是低壓側安設集中補償裝置，從而提高有效功率，降低無效功率。由于并未提升傳輸線路和電動機的有效功率，便要求在電動機上安設無功補償裝置，進而提升有效功率，達到節能的目的。當抽油機處于運行狀態時，增加提升高度會提高有效功率，提升到一定高度后，有效功率就不再增加，基于此，調試抽汲參數，進而提升抽油機的有用功率，實現節能的目的。

2.3.2降低皮帶傳動損失

傳動皮帶是抽油機的重要組成部分之一，能夠對抽油機的運行效果產生重要影響。長期使用的傳動皮帶會因出現問題而影響抽油機的運行效果。因此，為了有效改進這一情況，需要換為窄型V帶，確保抽油機皮帶大小輪保持四點一線。這樣做不但可以減少皮帶傳動損失，也可以確保皮帶松緊度[2]。

3.改造抽油機結構

3.1機械結構改造

異相梁式抽油機是通過改造抽油機的機械結構來增加平衡的設備，這種抽油機的支架與變速箱是偏離的，平衡塊中心線和曲柄中心線有一個相位角，使得沖程載荷及其加速度得到降低，齒輪箱峰值扭矩得到減小，進而降低能耗。異相梁式抽油機有很多類型，其中節能功率最大的就是雙驢頭抽油機，節能可達到30%，因此，許多油田都在采用這種抽油機來進行油井開采工作[3]。

3.2增加控制裝置

游梁式抽油機是利用驅動光桿作往復運動來完成原油提升工作，光桿載荷包括摩擦載荷、原油與抽油桿的重力以及液柱載荷等，通過降低載荷就可以減少能耗，從而提升抽油機的有用功率。可應用減載器來降低載荷。減載器在下沖程時利用抽油桿自身的重量實現向下運動，上沖程時利用液柱壓差驅動抽油桿往上運動，進而有效減少負荷，降低能耗。

3.3調節生產參數

調節梁式抽油機的生產參數也可以降低能量損耗。在石油的開采過程中，可通過增加沖次的方式來提升開采效率，但后期油井開采耗電量非常大，成本提高。基于此，可使用雙脈沖寬度調制型變頻設備來調節沖次，從而實現節能降耗。在抽油機處于平衡狀態時，既能夠提升生產效率，還能夠進行穩定生產。但如果沒有使抽油機保持平衡狀態，則會產生較多無用功，如噪聲。在生產過程中，可參考上、下沖程的峰值扭矩或是上下沖程電流，進而促使抽油機時刻處于平衡狀態，降低能量消耗。

3.4利用人工智能

大數據時代下，語音識別功能已隨處可見。如果能夠通過人工智能軟件實時監控，進行抽油機運行參數調節，設置可以達到最佳有用功率的生產參數，就能有效減少能耗問題，從而使每噸百米的提液能耗減低。人工智能將為石油開采工作提供新方向。

結論：抽油機系統對石油開采過程的能耗產生直接影響，如果在油井開采過程中，能夠對抽油機的結構進行改造，再配套節能裝置和采取一些節能措施，就能夠在很大程度上減少抽油機的能耗，降低開采成本，提高原油開采效益，同時，也能推動機采提效的進一步發展。

參考文獻：

[1]王卓. 抽油機節能降耗技術探究[J]. 化學工程與裝備，2019，（06）： 100-101.

[2]肖河. 抽油機節能降耗技術措施分析[J]. 石化技術，2019，26（02）：152.

[3]董傳舉. 油田抽油機節能降耗技術[J]. 化學工程與裝備，2020，（09）： 129-130+126.