摘要：本文化工論文針對抽油機井能耗高的問題，在現(xiàn)場實驗的基礎(chǔ)上，對孤東油田目前應(yīng)用的各項節(jié)能技術(shù)進行了分析及評價。對不同的節(jié)能產(chǎn)品，在不同井況下，其節(jié)能效果有很大差別，篩選出節(jié)能效果好的進行優(yōu)化組合，取得了很好的節(jié)能效果。
　　關(guān)鍵詞：抽油機井；節(jié)能降耗技術(shù)；效果分析
　　游梁式抽油機是我國石油工業(yè)傳統(tǒng)的采油方式之一，也是迄今為止在采油工程中占主導(dǎo)地位的人工舉升方式。我國目前有8萬多口抽油機井，其能耗占油田總能耗的三分之一左右，是主要的耗能設(shè)備。所以，搞好抽油機井的節(jié)能降耗工作，是降低成本、提高經(jīng)濟效益的必要條件和有效途徑。
　　針對抽油機井能耗高的問題，在現(xiàn)場實驗的基礎(chǔ)上，對孤東油田目前應(yīng)用的各項節(jié)能技術(shù)進行了分析及評價。不同的節(jié)能產(chǎn)品，在不同井況下，其節(jié)能效果有很大差別，篩選出節(jié)能效果好的進行優(yōu)化組合。通過評價試驗，新區(qū)方案設(shè)計應(yīng)以節(jié)能抽油機為主，節(jié)能型拖動裝置為輔，并且匹配要合理；對于供液不足井，應(yīng)采用調(diào)速電機、智能間抽技術(shù)。資料統(tǒng)計表明，智能間抽時平均日產(chǎn)油比連續(xù)生產(chǎn)時上升0.4t/d，平均日耗電量比連續(xù)生產(chǎn)時下降50kW.h。
　　1目前抽油機井上應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)
　　目前抽油機井上應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)主要是在地面部分，并且主要是針對抽油機的結(jié)構(gòu)及其拖動裝置（電機和配電箱）的性能來開展的。抽油機節(jié)能技術(shù)分為兩類：一類是節(jié)能抽油機，其原理主要是通過降低減速箱峰值扭矩，使電機功率下降，包括雙驢頭抽油機、偏輪抽油機、下偏杠鈴抽油機、摩擦轉(zhuǎn)向式抽油機和擺桿式抽油機；另一類是對常規(guī)抽油機進行節(jié)能技術(shù)改造。抽油機拖動裝置節(jié)能技術(shù)也分為兩類：一類是節(jié)能電機，主要有永磁電機、高轉(zhuǎn)矩電機、變頻調(diào)速電機和一體化拖動裝置；另一類是節(jié)電箱，主要是控制電機定子繞組Y-△轉(zhuǎn)換調(diào)壓和采用功率因數(shù)控制器調(diào)壓以及無功功率補償。
　　我們將油田上推廣應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)，在定點的水力模擬試驗井上進行了測試。水力模擬試驗井能消除生產(chǎn)井的含水、油氣比、動液面和泵掛深度等因素影響，工作流程是以水為介質(zhì)，在井筒和地面測試裝置中形成循環(huán)回路，抽油機負載可調(diào)，通過計量設(shè)備及儀器儀表對有關(guān)測試參數(shù)進行計量，在同等條件下，對待測產(chǎn)品及設(shè)備進行全面準確的能耗對比和評價。
　　2.1節(jié)能抽油機
　　我們對抽油機井在用的節(jié)能抽油機的節(jié)能效果進行了測試（表1）。
　　表1抽油機節(jié)電性能對比表
　　抽油機類型 主要結(jié)構(gòu)特點 使用范圍 綜合節(jié)電率（%）
　　雙驢頭抽油機 變參數(shù)四連桿，尾軸軟連接 中低載荷、低沖次，平衡好 22.4
　　下偏杠鈴抽油機 曲柄，杠鈴復(fù)合平衡 中高載荷、低沖次，平衡好 20.1
　　摩擦換向抽油機 吊重平衡，鋼絲摩擦傳動 沖次、沖程連續(xù)可調(diào) 20.9
　　雙驢頭抽油機節(jié)能原理：該機以常規(guī)抽油機為基礎(chǔ)，對四連桿機構(gòu)進行了改進，采用變徑圓弧狀游梁后臂，游梁與橫梁間采用柔性連接件等特殊結(jié)構(gòu)。由于變參數(shù)四連桿機構(gòu)的作用，使其扭矩變化接近正弦規(guī)律，靜扭矩波動較小，從而達到節(jié)能的目的。
　　下偏杠鈴抽油機節(jié)能原理：下偏杠鈴復(fù)合抽油機工作時，游梁偏置平衡重心的運動軌跡是一段圓弧，當(dāng)重心處于游梁回轉(zhuǎn)中心的水平線上時，其重力矩最大；當(dāng)重心處于回轉(zhuǎn)中心的垂直線時，其重力矩最小。利用這一變矩原理與曲柄平衡共同作用，可有效削減峰值扭矩，改善抽油機曲柄軸凈扭矩曲線的形狀和大小，使其波動平緩，并且消除負扭矩，減小抽油機的周期載荷波動系數(shù)，提高電動機的工作效率。
　　摩擦換向抽油機節(jié)能原理：摩擦換向抽油機工作時，以功率因數(shù)cosφ=1的開關(guān)磁阻電動機為原動機，使用智能模擬及數(shù)字混合控制，采用摩擦輪傳動作為工作機構(gòu)，機械傳動路線短、效率高，實現(xiàn)了正反轉(zhuǎn)換向，啟動換向平穩(wěn)、沖擊小，且沖程、沖次均可獨立無級調(diào)節(jié)，控制抽油桿上行及下行速度，有效地降低了電動機輸出扭矩的峰值，再加上直接平衡的作用，最終實現(xiàn)降低電機功率的目的。
　　2.2節(jié)能拖動裝置
　　2.2.1節(jié)能電機
　　目前約70％的抽油機電機平均負載率小于40%，運行效率低于80%，“大馬拉小車”現(xiàn)象較為普遍，使配電線路的功率因數(shù)降低，配電線路網(wǎng)損增大。造成這一現(xiàn)象的原因為：游梁式抽油機是一個四連桿機構(gòu)，啟動時靜載力矩較大，正常工作時驢頭懸點載荷是交變的，其負荷特性也是交變的，電機的電流、功率、功率因數(shù)隨著抽油桿上下沖程的變化而變化。為了克服啟動時負載的靜載力矩，對于普通的Y系列電機只得加大容量，這就造成了“大馬拉小車”。為解決這一問題，應(yīng)用了高轉(zhuǎn)矩電機、超高轉(zhuǎn)差電機、永磁同步電機、一體化拖動裝置等節(jié)能技術(shù)。各種節(jié)能電機節(jié)電原理如下：
　　①高轉(zhuǎn)矩電機是機座為一整體式、內(nèi)部為獨立雙定子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子同軸的復(fù)式電機。該電機啟動時為雙電機工作，啟動后正常工作時，只用一臺單機工作。電機可在外電路控制下，依負載變化而自動停止或啟動。
　　②超高轉(zhuǎn)差電機通過增加轉(zhuǎn)子電阻提高電機的轉(zhuǎn)差率，使電機在重負荷時速度下降，扭矩增加；輕負荷時速度上升，扭矩減小，速度變化范圍大于12%。該電機啟動電流小，啟動扭矩大，裝機容量和普通電機相比降低約40%。
　　③永磁同步電機采用異步啟動、同步工作方式，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場完全同步，無轉(zhuǎn)差損耗，且轉(zhuǎn)子不需外加勵磁電源，無勵磁損耗，因此具有功率因數(shù)高，啟動力矩大等特點。不同的節(jié)能產(chǎn)品，在不同工況下，節(jié)能效果存在很大差別。
　　2.2.2節(jié)電箱
　　節(jié)電箱節(jié)電原理及特性如下：
　　①電機定子繞組Y-△轉(zhuǎn)換技術(shù)。主要是通過自動控制實現(xiàn)電機Y-△轉(zhuǎn)換，從而提高電機負載率，同時以電流、電壓為取樣元，作為電機過載、缺相等保護的控制信號，并跟蹤反饋，使電機輸入功率隨負載的變化而同步變化，強制降低電機的有功和無功損耗，從而達到節(jié)電的目的。當(dāng)定子繞組△接時，繞組端電壓為380V；當(dāng)定子繞組Y接時，繞組端電壓為220V。繞組端電壓下降了，相應(yīng)的負載率就增加了。
　　②功率因數(shù)控制器調(diào)壓技術(shù)。主要是采用單片機實時檢測功率因數(shù)，自動控制雙向可控硅的開啟角來調(diào)節(jié)電機的供電電壓，從而達到節(jié)電的目的。該技術(shù)對負荷的適用范圍比較大，使電機既可以全壓啟動又能降壓運行，電機始終在高負荷狀態(tài)下運行，提高了功率因數(shù)。但是在實際應(yīng)用過程中節(jié)電效果不太理想，主要原因是電壓的變化速率跟不上電流的變化速率。另外，由于可控硅引起電流產(chǎn)生諧波，受瞬變電勢和瞬變電流的影響，引起電機發(fā)熱和振動，影響了節(jié)電效果。
　　③無功補償技術(shù)。主要是采用加裝一定容量的電容器對電網(wǎng)進行無功補償，消除無功電流以提高功率因數(shù)，降低供電變壓器負荷，從而降低網(wǎng)損達到節(jié)電的目的。目前這種技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，效果也較好。
　　3節(jié)能技術(shù)在抽油機井上的應(yīng)用效果
　　不同的節(jié)能技術(shù)在一定的條件下都具有節(jié)能效果，但并不是將所有的節(jié)能技術(shù)用在一起，節(jié)能效果就最好，而是需要綜合考慮節(jié)能產(chǎn)品的合理優(yōu)化組合，才能收到最佳的節(jié)能效果，獲取最大的經(jīng)濟效益。
　　3.1新井合理選擇抽油機井節(jié)能產(chǎn)品
　　采用節(jié)能型抽油機與節(jié)能拖動裝置后，在節(jié)能拖動裝置與節(jié)能型抽油機功能互補的情況下，最終節(jié)電率小于二者之和；而在二者不能達到功能互補的情況下，最終節(jié)電率將低于節(jié)能效果最好的設(shè)備甚至無節(jié)能效果。
　　現(xiàn)場試驗證明，偏置機＋高轉(zhuǎn)差電機的效果不如偏置機＋普通電機的效果好，甚至無節(jié)能效果。
　　在模擬試驗井上進行了節(jié)能抽油機＋節(jié)能電機＋節(jié)電箱的組合評價試驗。
　　試驗表明，雙驢頭抽油機＋節(jié)能電機＋調(diào)壓箱的疊加效果低于雙驢頭抽油機＋YMJ電機＋普通控制箱的節(jié)能效果。原因在于節(jié)能電機及節(jié)電箱都是在電參數(shù)上進行了改進或優(yōu)化，疊加使用時因功能重復(fù)而互補性少甚至相互抵消。
　　3.2供液不足井的節(jié)能降耗
　　在供液不足井上應(yīng)用抽油機智能間歇節(jié)電控制裝置，該裝置是利用短波吸收原理，自動采集出液管內(nèi)的氣液比，當(dāng)出液管內(nèi)的氣液比大于75％時整時停機。
　　統(tǒng)計有對比資料的8口井，智能間抽時平均日產(chǎn)油比連續(xù)生產(chǎn)時上升0.4t/d，平均日耗電量比連續(xù)生產(chǎn)時下降50kw•h。不僅達到了增油降耗的目的，而且解決了因液面抽空造成抽油泵干磨，使檢泵周期縮短的問題，使生產(chǎn)管理更具科學(xué)性。
　　4論文結(jié)論與認識
　　①目前應(yīng)用的節(jié)能產(chǎn)品在不同井況下其節(jié)能效果有很大的差別，電機的負荷率越低，節(jié)能效果越好，反之越差。②新區(qū)方案設(shè)計應(yīng)以節(jié)能抽油機為主，節(jié)能型拖動裝置為輔，并且其匹配要合理。③對于供液不足井，宜采用調(diào)速電機、智能間抽技術(shù)，可以取得較好的節(jié)能效果。統(tǒng)計資料顯示，智能間抽時平均日產(chǎn)油比連續(xù)生產(chǎn)時上升0.4t/d，平均日耗電量下降50kW•h。
　　參考文獻：
　　[1]劉洪智，郭東．異形游梁式抽油機．北京：石油工業(yè)出版社，1997.2-7
　　[2]鄰亦炯，劉卓鈞，趙貴祥等．抽油機．北京：石油工業(yè)出版社，1994.25-28
　　[3]張植保．電機原理與應(yīng)用．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.94-100
　　[4]吳浩烈．電機及電力拖動基礎(chǔ)．重慶：重慶大學(xué)出版社，1996.112-115