常規(guī)游梁式抽油機(jī)節(jié)能途徑分析

張凌 才松林 于生（吉林油田公司）

常規(guī)游梁式抽油機(jī)節(jié)能途徑分析

張凌 才松林 于生（吉林油田公司）

常規(guī)游梁式抽油機(jī)是油田普遍采用的采油機(jī)械裝置，數(shù)量多、耗電量大、效率低下，能耗占油田生產(chǎn)總耗電量50%以上。研究游梁式抽油機(jī)節(jié)能途徑，探索提高油田機(jī)采系統(tǒng)效率的方法意義重大。

采油裝置 常規(guī)游梁式抽油機(jī) 節(jié)能 機(jī)采效率

1 組成

常規(guī)游梁式抽油機(jī)主要由三部分組成：

◇地面部分——游梁式抽油機(jī)，由電動(dòng)機(jī)、減速箱和四連桿機(jī)構(gòu)(包括曲柄、連桿、橫梁、游梁)、驢頭和懸繩器等組成；

◇地下部分——抽油泵，懸掛在套管中油管的下端；

◇聯(lián)系地面和井下的中間部分——抽油桿柱，由一種或幾種直徑的抽油桿和接箍組成。常規(guī)游梁式抽油機(jī)采油系統(tǒng)的組成及測點(diǎn)見圖1。

2 工作原理

游梁式抽油機(jī)主要由4個(gè)系統(tǒng)組成，即傳動(dòng)減速箱系統(tǒng)、換向系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)。由于各種抽油機(jī)的減速系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)工作原理和結(jié)構(gòu)基本相同或類似，所以抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)形式主要由換向系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)決定。含有游梁、通過連桿機(jī)構(gòu)換向的抽油機(jī)統(tǒng)稱為游梁式抽油機(jī)。

3 能量損失構(gòu)成

游梁式抽油機(jī)能量損失主要有：電動(dòng)機(jī)損失、帶傳動(dòng)損失、減速箱損失、換向損失、盤根盒損失、抽油桿損失、抽油泵損失、抽油管柱損失等8部分。具體能量損失見圖2。

4 節(jié)能途徑

不改變抽油機(jī)本身，根據(jù)損失情況，針對相應(yīng)環(huán)節(jié)采取具體的措施。

4.1 電動(dòng)機(jī)

如果電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定負(fù)荷或額定負(fù)荷附近，則電動(dòng)機(jī)屬于節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。但多數(shù)抽油機(jī)，尤其是常規(guī)游梁式抽油機(jī)，在工作過程中，為滿足啟動(dòng)或最大功率點(diǎn)的要求，其電動(dòng)機(jī)的平均輸出功率與額定輸出功率之比通常為0.3～0.4，有的甚至更低。因此在一個(gè)沖程中的大多數(shù)時(shí)間里電動(dòng)機(jī)處于輕載運(yùn)行，即所謂“大馬拉小車”的狀態(tài)，其效率和功率因數(shù)都很低，這就造成較大的能量損失。從現(xiàn)場實(shí)測看，少部分電動(dòng)機(jī)效率只有60%～70%，與普通異步電動(dòng)機(jī)的額定效率90%～95%相比，提高效率潛力較大。其主要節(jié)能方法有：

◇人為地改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，以實(shí)現(xiàn)與負(fù)荷特性的柔性配合，從而提高系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能（主要是采用變頻調(diào)速的方法）；

◇從設(shè)計(jì)上改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(如高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)和超高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī))，從而改善電動(dòng)機(jī)與機(jī)、桿、泵整個(gè)系統(tǒng)的配合，減少系統(tǒng)能耗；

◇換用高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)，擴(kuò)大高效區(qū)范圍，提高電動(dòng)機(jī)效率，降低裝機(jī)功率，從而減少電動(dòng)機(jī)損失（可以更換變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)、超高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)、電磁滑差電動(dòng)機(jī)、高效永磁同步電動(dòng)機(jī)、雙速電動(dòng)機(jī)、雙功率電動(dòng)機(jī)）；

◇采用節(jié)能型抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)控制裝置（如可控硅調(diào)壓式節(jié)能控制器、星角轉(zhuǎn)換節(jié)能控制器、變頻節(jié)能控制器等），這些電動(dòng)機(jī)控制裝置除具有一般控制箱的基本功能外，還可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電壓或進(jìn)行無功補(bǔ)償，降低網(wǎng)絡(luò)電能損失。

4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)

圖1 常規(guī)游梁式抽油機(jī)采油系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及檢測位置

工程上常用的皮帶的傳動(dòng)效率都比較高，最高可達(dá)98%，即其傳動(dòng)損失僅為2%。在抽油機(jī)上使用聯(lián)組帶較之使用其他類型的皮帶，損失最小。這種帶傳動(dòng)動(dòng)力大、摩擦損失小、滑差率小、丟轉(zhuǎn)少，傳動(dòng)效率最高達(dá)98%，并且?guī)л喼睆胶蛯挾榷济黠@減小。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，使用這種傳動(dòng)帶比使用普通三角帶平均可節(jié)電2.5%。因此，在我國現(xiàn)有技術(shù)條件下，帶傳動(dòng)部分效率的提高潛力已很小。

圖2 抽油機(jī)采油系統(tǒng)能量傳遞與損失示意圖

4.3 減速箱

主要包括軸承和齒輪的摩擦損失。對于減速箱，核心問題是潤滑，如果潤滑效果差，不僅能耗增加，而且軸承和齒輪很快磨損，因此要保證減速箱內(nèi)軸承和齒輪的潤滑。如果潤滑良好，減速箱的總損失為9%～10%，即傳動(dòng)效率為90%左右。從工程角度上看，這基本是目前大功率減速器傳動(dòng)效率的最高值。因此，在管理和維護(hù)措施得當(dāng)?shù)臈l件下，減速箱的效率提高潛力不大。

4.4 換向及平衡

對于游梁式抽油機(jī)，換向部分主要是四連桿機(jī)構(gòu)或其變形。如果潤滑保養(yǎng)良好，該部分的傳動(dòng)效率一般可達(dá)95%，在換向機(jī)構(gòu)一定的情況下，該部分的效率不會(huì)有大的提高。但是抽油機(jī)平衡對能量損失影響較大，占整個(gè)損失的50%以上，是節(jié)能的重點(diǎn)。因此，調(diào)平衡對于節(jié)能降耗、提高效率非常重要。

近年來出現(xiàn)了許多抽油機(jī)的平衡方式，如游梁偏置平衡、懸重偏置游梁復(fù)合平衡、下偏杠鈴型游梁復(fù)合平衡、擺桿式游梁抽油機(jī)的復(fù)合平衡、調(diào)徑變矩純下偏平衡等。采用這些平衡方式能不同程度地改善曲柄軸凈扭矩曲線，降低曲柄軸扭矩的峰值，減小扭矩曲線的波動(dòng)。

實(shí)踐證明，通過合理地調(diào)整平衡，節(jié)電效果顯著。每口井都有節(jié)電的平衡度最佳點(diǎn)，一般調(diào)在90%最為經(jīng)濟(jì)。通過調(diào)平衡來節(jié)約電耗，實(shí)現(xiàn)少投入、多產(chǎn)出。

4.5 盤根盒

該部分的損失主要是摩擦損失,該項(xiàng)損失與抽油機(jī)的安裝情況、光桿的表面加工質(zhì)量、盤根的松緊和密封材料有密切關(guān)系。管理與維護(hù)正常的情況下，盤根盒部分能量損失很小，因此提高能效的潛力不大。

4.6 抽油桿柱

抽油桿柱主要為摩擦損失，與下泵深度、井液黏度、抽油桿運(yùn)動(dòng)速度、油井本身的斜度和彎曲程度有關(guān)。對于井液黏度大的油井，可采用長沖程、低沖次的工況降低抽油桿的運(yùn)動(dòng)速度；可采用降低井液黏度的措施，如注蒸汽、摻稀油、應(yīng)用電加熱抽油桿等，以降低抽油桿柱與液柱之間的摩擦力。對于井斜或井筒彎曲程度較大的油井，可在抽油桿柱上加裝扶正器或滾輪接箍，以減少桿管之間的摩擦損耗。

4.7 抽油泵

抽油泵的損失中，容積損失和水力損失占主要部分。通過優(yōu)選柱塞泵筒間的間隙，在不增加柱塞泵筒摩擦力的條件下，減小液體漏失量。采用耐磨耐沖擊、開關(guān)性能好、水力損失小的閥球及閥座，可減小由于泵閥損壞或開關(guān)不及時(shí)而引起的漏失和水力阻力，從而降低抽油泵部分的能耗。

4.8 管柱

管柱損失由管柱的容積損失和水力損失兩部分組成。在油管螺紋處加裝密封件以保證油管的密封，在起、下油管柱時(shí)嚴(yán)格按規(guī)程操作，減少或消除螺紋的損壞，可降低管柱漏失量，從而降低容積損失值。

管柱的水力損失與管柱內(nèi)表面的粗糙度成正比，與井液的向上流動(dòng)速度的平方成正比。對于井液腐蝕性較強(qiáng)和易結(jié)垢的油井，應(yīng)對油管采取防腐和防結(jié)垢措施，防止油管內(nèi)壁變粗糙。在選擇抽汲參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量使用大泵徑、長沖程、低沖速，以降低液體向上的流動(dòng)速度。

[1]俞伯炎,吳照云,孫德剛.石油工業(yè)節(jié)能技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.01.007

2010-12-12）

張凌，1991年畢業(yè)于延邊大學(xué)，化學(xué)工程專業(yè)，工程師，地址：吉林油田公司質(zhì)量節(jié)能處節(jié)能科，138000。