劉長(zhǎng)勝（勝利油田分公司孤東采油廠）

油田常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能改造

劉長(zhǎng)勝（勝利油田分公司孤東采油廠）

常規(guī)游梁式抽油機(jī)因可靠性好、操作維護(hù)方便、運(yùn)行成本低等原因成為各油田抽油作業(yè)的首選。新抽油機(jī)機(jī)型因可靠性不足，有的遭到了淘汰，而游梁抽油機(jī)通過改進(jìn)開發(fā)了雙驢頭、下偏杠鈴、彎游梁等機(jī)型抽油機(jī)，可靠性較好，且又具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)，無游梁式抽油機(jī)則在黏稠油開采上具有常規(guī)抽油機(jī)無法比擬的優(yōu)越性。判斷一種抽油機(jī)是否節(jié)能，要考慮很多環(huán)節(jié)。選用抽油機(jī)時(shí)要根據(jù)油井產(chǎn)液量大小、動(dòng)液面深淺、含水率及原油黏度等因素進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，以達(dá)到節(jié)能的目的。

油田 抽油機(jī) 節(jié)能降耗 措施

我國(guó)各大油田機(jī)械采油抽油機(jī)用量大、耗能高，約占油田總用電量的70%，是影響油田采油能耗和成本的重要因素。近20年來，國(guó)內(nèi)大油田及制造企業(yè)在抽油機(jī)的節(jié)能增效上做了各種努力和嘗試。市場(chǎng)上先后出現(xiàn)了很多類型的抽油機(jī)產(chǎn)品及節(jié)能裝置，僅試驗(yàn)、應(yīng)用的各種新型抽油機(jī)就有一百多種、數(shù)萬(wàn)臺(tái)。

1 常規(guī)抽油機(jī)機(jī)型的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)

通常來說，油田選用什么抽油機(jī)設(shè)備，用戶說了算。只有他們最清楚需要什么樣的抽油機(jī)。油田企業(yè)對(duì)抽油機(jī)的選用首先是可靠性高，故障率低，安全性好。

抽油機(jī)的工作環(huán)境和條件十分惡劣，要求：無人值守地運(yùn)轉(zhuǎn)；除了維護(hù)、修井時(shí)間以外，1年365 d每天24 h不停地工作；在野外露天、嚴(yán)寒酷暑、風(fēng)霜雨雪等環(huán)境下全天候地工作。為帶動(dòng)抽油桿上下抽油，抽油機(jī)每天要換向數(shù)千至數(shù)萬(wàn)次，隨著換向其載荷不斷地大幅度正負(fù)變化。正因?yàn)閲?yán)酷的工作條件要求抽油機(jī)有高度的可靠性。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)抽油機(jī)的“可靠性”要求，暫時(shí)還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中石油抽油井平均有效開機(jī)時(shí)率約95%，即平均每口井每年有18.25 d處于停機(jī)狀態(tài)。而加拿大、印尼要求抽油機(jī)每年停機(jī)時(shí)間分別不超過1 d、1.5 d。

假設(shè)以每年停機(jī)3 d計(jì)算，中石油在用的10×104臺(tái)抽油機(jī)，則需要有2 460多個(gè)維修隊(duì)伍365 d（8 h/d）忙于抽油機(jī)的維護(hù)。目前正在試用的新型抽油機(jī)，可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到上述要求，保守一點(diǎn)說，這些機(jī)型年累計(jì)維護(hù)時(shí)間不會(huì)少于10 d。

如果在試驗(yàn)階段，試用的數(shù)量小，這10 d的維護(hù)時(shí)間不是大問題，假如推廣到10×104臺(tái)則數(shù)字令人震驚。即意味著需要有8 000個(gè)維修隊(duì)伍365 d（8 h/d）忙于抽油機(jī)的維護(hù)。這不僅使維護(hù)的人力、直接費(fèi)用難以支撐，同時(shí)將意味著每年要影響300×104t的原油產(chǎn)能 （3 t/d）、75×108元收入（2 500元/t）。

抽油機(jī)可靠性對(duì)油田的意義由此可見一斑，常規(guī)抽油機(jī)在耐用方面獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。僅此一項(xiàng)，就將需要經(jīng)常維護(hù)的機(jī)型在市場(chǎng)上一一淘汰出局。

另外，常規(guī)抽油機(jī)的操作維護(hù)方便、運(yùn)行成本低。調(diào)查結(jié)果顯示，目前常規(guī)抽油機(jī)及在其基礎(chǔ)上革新的新機(jī)型，即游梁式節(jié)能抽油機(jī)每年維修成本一般在2 000元左右。市場(chǎng)上的新品，即無游梁式節(jié)能抽油機(jī)的維修成本通常在8 000～10 000元之間，是游梁式抽油機(jī)的4～5倍；維修時(shí)間因各種機(jī)型有所不同，大致上無游梁式抽油機(jī)維護(hù)時(shí)間是游梁式抽油機(jī)的2倍以上，且對(duì)維修人員素質(zhì)要求較高。

目前由于各油田采油公司成本壓力均較大，維修人員較為緊張，雖然無游梁式抽油機(jī)節(jié)能效果不錯(cuò)，但與游梁式節(jié)能抽油機(jī)相比，不僅維修時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高，同時(shí)還因停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)影響原油產(chǎn)量，而且對(duì)采油維修人員素質(zhì)要求更高等，不太適應(yīng)油田的實(shí)際，推廣難度較大。

基于上述兩點(diǎn)，至今游梁式抽油機(jī)仍在抽油機(jī)大軍中占有絕對(duì)多數(shù)，仍然是各油田抽油作業(yè)的首選。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中石油現(xiàn)有油井?dāng)?shù)約14×104口，其中抽油機(jī)井?dāng)?shù)11.5×104口，在用10.3×104口。使用常規(guī)抽油機(jī)6.1×104臺(tái)，占59%，節(jié)能型抽油機(jī)4.2×104臺(tái)，占41%。全國(guó)超過20×104口抽油機(jī)中，使用常規(guī)抽油機(jī)的應(yīng)在60%以上。

2 新抽油機(jī)機(jī)型可靠性不足

近20年來，隨著國(guó)家和石油公司對(duì)節(jié)能降耗的逐步重視，不斷有大量的節(jié)能型抽油機(jī)、節(jié)能電動(dòng)機(jī)、節(jié)能配電柜等產(chǎn)品在油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用，其中試驗(yàn)應(yīng)用的各種新型抽油機(jī)有一百多種，數(shù)萬(wàn)臺(tái)。大部分由于設(shè)計(jì)、質(zhì)量、安全、操作維護(hù)等方面的原因，可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到上述要求而被淘汰。

新型抽油機(jī)在油田經(jīng)過近20年來的應(yīng)用考驗(yàn)，只有少數(shù)機(jī)型（雙驢頭、下偏杠鈴、彎游梁、偏置式、低矮型、鏈條寬帶等）得到了用戶的認(rèn)可，逐步推廣應(yīng)用至今，其余近百種機(jī)型由于設(shè)計(jì)、制造等方面原因，可靠性差、故障率高、維修復(fù)雜，無法適應(yīng)油田現(xiàn)場(chǎng)的使用而被淘汰。

上世紀(jì)80年代，曾批量在遼河黏稠油田上推廣的鏈條抽油機(jī)，十多年間應(yīng)用了3 200多臺(tái)，但終因軌跡鏈條故障多這個(gè)致命缺陷，全部退出了市場(chǎng)。摩擦式抽油機(jī)，2002年在大慶、遼河、吉林小范圍地進(jìn)行了推廣應(yīng)用，通過幾年的試用，由于產(chǎn)品可靠性較差、小毛病不斷（2～3個(gè)月需進(jìn)行一次維修保養(yǎng)）及設(shè)計(jì)不合理（電動(dòng)機(jī)、減速箱在抽油機(jī)頂部），維修保養(yǎng)存在一定安全隱患，現(xiàn)已基本被淘汰。曾經(jīng)廣泛推廣應(yīng)用的自啟動(dòng)永磁異步電機(jī)，最多時(shí)曾用到1萬(wàn)多臺(tái)，雖然在初時(shí)節(jié)能效果較好，但使用一段時(shí)間后逐漸退磁，退磁后能耗更大，現(xiàn)已基本退出市場(chǎng)。還有許多機(jī)型沒能到小批量試驗(yàn)就已退出市場(chǎng)。以上這些未成功的機(jī)型，雖然在推廣初期都有明顯的節(jié)能效果，批量推廣應(yīng)用后很快就出現(xiàn)了各種問題，逐步被市場(chǎng)淘汰。

遭淘汰的原因主要有3點(diǎn)：

1）初期試驗(yàn)數(shù)量小，廠家往往由專人盯在現(xiàn)場(chǎng)，選配電動(dòng)機(jī)、維護(hù)調(diào)整都比較到位，出現(xiàn)問題不等油田用戶知道，廠家就已經(jīng)自行解決。

2）現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)試驗(yàn)時(shí)間不夠長(zhǎng)（至少需要一個(gè)大修周期6 a），有些問題暴露不足。

3）批量應(yīng)用后，有些在少量試驗(yàn)時(shí)不成問題的問題上升為不能接受的大問題。例如，在幾臺(tái)抽油機(jī)試驗(yàn)時(shí)，即使每臺(tái)設(shè)備每年累計(jì)需要30 d的維修時(shí)間，對(duì)于維修工來說并不是應(yīng)付不了的，但假如應(yīng)用到1 000臺(tái)，即使每臺(tái)設(shè)備年累計(jì)維修時(shí)間需要10 d，油田也承受不了。

近百種抽油機(jī)的試驗(yàn)推廣和退出市場(chǎng)，不僅給制造廠家?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失，中石油、中石化也為此付出了巨大的原油產(chǎn)量損失和人力、物力損失。

一種好的抽油機(jī)產(chǎn)品要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，節(jié)能效果好且成本較低，其中，可靠性是首要因素。作為抽油設(shè)備之一，抽油機(jī)產(chǎn)品首先要滿足基本需要，如果達(dá)不到可靠性這一要求，節(jié)能效果再好也是不夠的。

由此看來，要打破常規(guī)，必須先讓用戶真正信服，歸根結(jié)底在于抽油機(jī)產(chǎn)品本身。如果能在經(jīng)濟(jì)性較好的情況下，大大提高可靠性，就有可能逐步擴(kuò)大推廣應(yīng)用的數(shù)量，甚至，將來某一天會(huì)取代游梁式抽油機(jī)的優(yōu)勢(shì)地位。

3 改造游梁式抽油機(jī)

基于常規(guī)抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠耐用、操作維修方便等優(yōu)點(diǎn)，抽油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)在游梁式抽油機(jī)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)開發(fā)了雙驢頭、下偏杠鈴、彎游梁、偏置式、低矮型等抽油機(jī)。這些機(jī)型既保留了原來優(yōu)點(diǎn)，又具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)，深受油田用戶好評(píng)。

經(jīng)調(diào)查，目前在大慶、遼河、新疆等7家油田企業(yè)中，節(jié)能型抽油機(jī)共計(jì)36 361臺(tái)，其中，游梁式抽油機(jī)有35 670臺(tái)，主要以雙驢頭抽油機(jī)、偏置（異相曲柄）抽油機(jī)、下偏杠鈴抽油機(jī)及彎游梁抽油機(jī)為主，約占節(jié)能型抽油機(jī)的98.1%。經(jīng)過油田實(shí)際工況條件的考驗(yàn)，這些機(jī)型得到認(rèn)可，已成為目前中石油新機(jī)井和替換老機(jī)井中采用的主力機(jī)型。

目前國(guó)內(nèi)仍然有很多在用的老機(jī)井，如何降低這些常規(guī)抽油機(jī)的能耗，成為各油田抽油機(jī)節(jié)能工作的重點(diǎn)。

據(jù)了解，目前中石油各油田主要采取以下做法：

◇將常規(guī)機(jī)分批進(jìn)行節(jié)能改造，如改造成雙驢頭抽油機(jī)、下偏杠鈴抽油機(jī)等。

◇給常規(guī)抽油機(jī)加裝節(jié)能拖動(dòng)裝置，實(shí)施節(jié)能改造。

◇在抽油機(jī)電控柜加裝電容器對(duì)無功功率進(jìn)行就地補(bǔ)償。

通過上述措施，均取得了不同程度的節(jié)電效果。如采用承德石油機(jī)械有限公司生產(chǎn)的高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)，通過十多年來38 000多臺(tái)高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)使用效果來看，此項(xiàng)節(jié)能措施是一項(xiàng)投入少、見效快的便捷方法。另外，一些油田根據(jù)油田實(shí)際工況選用多功率電動(dòng)機(jī)、雙速電動(dòng)機(jī)等，也取得了較好的節(jié)能效果。

4 開發(fā)無游梁式抽油機(jī)

游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)原理決定了耗能較多，這給各種新型抽油機(jī)提供了一個(gè)機(jī)遇。這些年來，中石油、中石化各大油田及制造企業(yè)進(jìn)行了積極有效的嘗試。

開發(fā)的新型抽油機(jī)有鏈條抽油機(jī)、皮帶抽油機(jī)、液壓抽油機(jī)、塔架式電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的抽油機(jī)……這些抽油機(jī)都有各自的優(yōu)點(diǎn)，如平衡效果好、節(jié)能、抽油沖程長(zhǎng)、質(zhì)量輕、占地小等。但總的來說，在運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性方面，均遜于號(hào)稱“老黃?！钡某Ｒ?guī)游梁抽油機(jī)。

盡管如此，無游梁式抽油機(jī)易于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程、懸點(diǎn)接近勻速直線運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)，在黏稠油開采上具有常規(guī)抽油機(jī)所無法比擬的優(yōu)越性。在稠油較多油田區(qū)塊，如遼河油田，“長(zhǎng)沖程、低沖速”黏稠油開采給這類抽油機(jī)提供了較大的發(fā)揮空間。

據(jù)了解，在中石油應(yīng)用無游梁式抽油機(jī)主要以塔式皮帶機(jī)為主，其中，鏈條寬帶抽油機(jī)用得最好。鏈條寬帶抽油機(jī)（8 m沖程，2次/min）在遼河油田6年多的改進(jìn)完善，可靠性不斷增強(qiáng)，在遼河油田已基本得到認(rèn)可。

另外，在中石油大港油田、大慶油田的一些采油廠，有兩種新機(jī)型正在試用。一種是試用1年多的復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)抽油機(jī)，由于其效率和功率因數(shù)高，簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，比普通電動(dòng)機(jī)節(jié)電35%～57.6%；另一種是試用近2年的曲拉式抽油機(jī)，該機(jī)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鋼材用量少，通過優(yōu)化滑輪位置、優(yōu)化力的傳輸實(shí)現(xiàn)節(jié)能，比普通機(jī)節(jié)能44.5%。以上2種新機(jī)型，雖然在設(shè)計(jì)方面有獨(dú)到之處，但若批量試用尚需2～3年時(shí)間。

中石化勝利油田發(fā)明了長(zhǎng)環(huán)形齒條抽油機(jī)。該皮帶抽油機(jī)采用了鏈條抽油機(jī)“軌跡鏈條換向結(jié)構(gòu)”核心技術(shù)，獨(dú)創(chuàng)的“長(zhǎng)軌形齒條換向結(jié)構(gòu)”主要是以齒條代替鏈條，以進(jìn)一步提高可靠性；同時(shí)，又進(jìn)一步縮短傳動(dòng)鏈，提高機(jī)械效率。

發(fā)明者顧心懌院士表示，這是一次新的努力。當(dāng)然，由發(fā)明到成熟，再到通過實(shí)踐的檢驗(yàn)和業(yè)內(nèi)的認(rèn)可接受，還需一個(gè)過程。據(jù)稱，該抽油機(jī)近來已經(jīng)得到很好的應(yīng)用。

5 系統(tǒng)節(jié)能

抽油作業(yè)是一個(gè)系統(tǒng)，抽油機(jī)只是其中一個(gè)主要環(huán)節(jié)，節(jié)能還要看整個(gè)系統(tǒng)。油田的井下情況很復(fù)雜，判斷一種抽油機(jī)是否節(jié)能，還要考慮很多環(huán)節(jié)。

首先，“量體裁衣”很重要。在選用抽油機(jī)時(shí)，要根據(jù)油井產(chǎn)液量大小、動(dòng)液面深淺、含水率及原油黏度大小等因素統(tǒng)籌考慮。小泵、深抽要考慮抽油機(jī)額定懸點(diǎn)載荷的滿足及用長(zhǎng)沖程保證泵效；淺井、大泵要考慮減速器額定扭矩的滿足；淺井小泵可考慮采用玻璃鋼抽油桿和短沖程高沖速抽油機(jī)諧振抽油；原油黏度高、動(dòng)液面深的油井，需要長(zhǎng)沖程、低沖速的抽油機(jī)等。

其次，細(xì)化抽油機(jī)管理，依靠管理節(jié)能，非常關(guān)鍵。一方面，根據(jù)油井實(shí)際載荷，選配適合功率的電機(jī)，避免“大馬拉小車”；另一方面，及時(shí)調(diào)整抽油機(jī)平衡度。在不少新機(jī)型上井試驗(yàn)中，這點(diǎn)效果很明顯。正如一位業(yè)內(nèi)人士所言：“管理水平就是節(jié)能?！?/p>

據(jù)國(guó)內(nèi)外專家研究稱，單純?cè)诔橛蜋C(jī)上節(jié)能挖潛，節(jié)能不會(huì)超過8%。實(shí)際上，抽油機(jī)節(jié)能是一個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能，從變壓器、低壓電路、電控柜、電動(dòng)機(jī)、抽油機(jī)、抽油桿、抽油泵等組成的系統(tǒng)中綜合節(jié)能。加強(qiáng)抽油機(jī)的運(yùn)行管理，同樣是節(jié)能降耗的有效途徑。

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.08.009

劉長(zhǎng)勝，1994年畢業(yè)于勝利石油學(xué)校，2005年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（東營(yíng)），高級(jí)工程師，從事采油技術(shù)管理工作，E-mail：liuchangsheng.slyt@sinopec.com，地址：山東東營(yíng)勝利油田分公司孤東采油廠，257237。

2011-08-19）