趙南京等

摘 要：抽油機作為一種廣泛應(yīng)用的原油生產(chǎn)工具，在運作過程中耗電量極大。因此，如何保證抽油機采油系統(tǒng)在運作時低能高效逐漸成為了人們關(guān)注的目標(biāo)。本文結(jié)合抽油機的實際應(yīng)用情況，探討一下節(jié)能技術(shù)在抽油機采油系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對研發(fā)出的新型節(jié)能設(shè)備做簡單介紹。

關(guān)鍵詞：抽油機；節(jié)能技術(shù)；研發(fā)；應(yīng)用

前言

機采石油主要分為電泵、螺桿泵和抽油機三種采油方式。其中有七成以上的采油井采用抽油機來進行采油作業(yè)，而這些抽油機的耗電量可以達到油田耗電總量的40%，耗能巨大。隨著石油開采的高消耗在得到人們的廣泛關(guān)注以后，對抽油機采油系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的研究也成為了當(dāng)前石油開采項目的研究內(nèi)容之一。許多先進的抽油機節(jié)能技術(shù)逐漸被研發(fā)并投入到使用當(dāng)中，也取得了一些技術(shù)成果。

1.抽油機節(jié)能技術(shù)的研究

抽油機節(jié)能技術(shù)的關(guān)鍵是保證機器在工作過程中采出液可以始終保持供采平衡，同時保證電機輸出的功率可以和抽油機的負荷比配。據(jù)此，對于抽油機節(jié)能技術(shù)的研究主要圍繞兩個方案進行，分別是變頻調(diào)速確保節(jié)能控制自動化和通過機械調(diào)節(jié)方式確保節(jié)能控制。

首先是變頻調(diào)速確保節(jié)能控制自動化方案。由于使用過程中的抽油機不便于結(jié)構(gòu)改造，因此選擇在采油系統(tǒng)中安裝節(jié)能控制箱來確保節(jié)能開采的實現(xiàn)。這種控制器主要通過采集井下葉面值、輸出功率和電機轉(zhuǎn)矩等實現(xiàn)閉環(huán)控制，其中這三個數(shù)值分別為外環(huán)、中環(huán)和內(nèi)環(huán)。外環(huán)控制系統(tǒng)控制井下液面，可以從宏觀上調(diào)控油井的工作間隙和電機運轉(zhuǎn)的平均速度，這種控制以小時來進行計算。中環(huán)控制系統(tǒng)控制輸出功率，按分鐘計算來進行控制，以保證泵體的充滿。最后，內(nèi)環(huán)控制電機轉(zhuǎn)矩，以秒計算，保證抽油桿可以合理受力，同時確保驅(qū)動電源的電壓不會過高。在這種節(jié)能技術(shù)的研發(fā)過程中，智能控制單元的設(shè)計成為技術(shù)難點。想要解決這一問題，首先需要研發(fā)適合的系統(tǒng)軟件，同時還需要有豐富的理論和實踐經(jīng)驗并通過現(xiàn)場反復(fù)實驗才有可能突破。

其次是通過機械調(diào)節(jié)方式確保節(jié)能控制的方案。這種調(diào)節(jié)方式一種是根據(jù)力學(xué)原理等一些理論知識，對現(xiàn)有的抽油機進行優(yōu)化和改良，以減少它在使用過程中能源的耗損，這一點在下文以游梁式抽油機為例來說明。另一種是采用無級變速器以智能的方式達到節(jié)能控制，傳統(tǒng)的抽油機它的工作始終按照設(shè)定參數(shù)來進行，而這種智能控制方式可以根據(jù)交變載荷和電機功率的變化，讓抽油機可以根據(jù)實際情況來作工作參數(shù)的調(diào)節(jié)，從而降低抽油機在使用過程中的能源消耗。

2.抽油機節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

游梁式抽油機是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的油田抽油機，也是油田中最主要的電能消耗設(shè)備，這種抽油機能量消耗高主要是由交流電機的內(nèi)在特性所決定的，當(dāng)抽油機運作時，短時間內(nèi)懸點的負荷就會增大，電機的實際功率跟蹤會加快，導(dǎo)致抽油機實際的出力多，但并沒有完全用作舉升，而是在機械的內(nèi)應(yīng)力中被消耗。此外，當(dāng)油田下的供液能力有變化時，抽油機還按照原有參數(shù)來工作也是這種抽油機耗能高的原因之一。因此，對游梁式抽油機進行節(jié)能優(yōu)化主要從一下三個方面著手。首先，改變傳統(tǒng)游梁式抽油機的機體機構(gòu)，設(shè)計并制造出新型機體。其次，提高抽油機的電動機負荷率。第三，改變傳統(tǒng)電動機的特性，將機械化改造成節(jié)能化，以保證它與負荷特性的配合。

2.1節(jié)能抽油機的研發(fā)

在傳統(tǒng)游梁式抽油機的基礎(chǔ)之上，結(jié)合新型的節(jié)能技術(shù)研制出的一系列抽油機都有著比較明顯的節(jié)能效果。

雙頭驢游梁抽油機。這種抽油機有兩種樣式，其中前置型的雙驢頭抽油機可以有效的把扭矩的波動降低，從而緩解因平衡問題所造成的傳統(tǒng)抽油機的過度耗能，其工作原理是將變矩技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的抽油機身上，讓懸掛平衡重與偏置平衡重共同為平衡起作用，從而解決傳統(tǒng)游梁抽油機的平衡問題，達到節(jié)能的目的。而另一種異形雙驢頭抽油機，其設(shè)計特點是把第二個驢頭安裝在了游梁的后臂上方，以驅(qū)動繩代替連桿。這種設(shè)計方式使得游梁和連桿的連接變得柔性化，當(dāng)抽油機進行工作的時候，曲柄轉(zhuǎn)角使游梁后臂長度發(fā)生變化，從而讓曲柄凈扭矩降低，最終達到降低耗能，提高機器效率的目的。

調(diào)徑變矩型抽油機。傳統(tǒng)游梁抽油機的游梁多是直梁，而這種節(jié)能抽油機的游梁則為彎游梁，它讓曲柄平衡成為了游梁平衡，組成彎游梁的吊臂的截面是一種漸變截面，上大下小，有效的減小了風(fēng)的阻力。同時，吊臂下端的平衡重可以調(diào)整下置的幅度，保證平衡效果，這些都有利于抽油機在才有過程中能源消耗的降低。

異相曲柄型抽油機。這種抽油機在設(shè)計時把游梁后臂長度進行了縮短。這相當(dāng)于把減速箱的位置后移，從而使得軸承中心到曲柄中心的水平距離和游梁后臂長度差成為了曲柄的半徑值。這種抽油機在運作時游梁和曲柄同在水平位置，偏置角為曲柄和平衡重兩者中心線的夾角。這種抽油機的節(jié)能原理是讓曲柄凈扭矩的波動變小，從而使電動機的電流波動也變小，相對應(yīng)的系統(tǒng)效率就會得到提高，從而保證機器的節(jié)能操作。

2.2節(jié)能電動機的使用

傳統(tǒng)游梁抽油機所使用的電動機的性能和抽油機自身的負荷不相匹配，從而造成了設(shè)備工作效率低、耗能高，因此，想要節(jié)能降耗也可以采用先進技術(shù)讓抽油系統(tǒng)中的電動機與抽油機負荷相匹配，基于這個目的所研發(fā)出來的電動機充分考慮了設(shè)備的節(jié)能目的，在實際的應(yīng)用中都有較好的節(jié)能效果。

以雙定子電動機為例。這種電動機內(nèi)部設(shè)有雙定子，抽油機在運轉(zhuǎn)的開始階段需要的起動力矩很大，兩部分的定子被串入到電動機之后，可以有效的增加電動機的輸出力矩。在保證機器運轉(zhuǎn)起來以后，可以切斷其中一部分定子，這樣既可以保證抽油機的正常運行，同時也降低了能源的消耗。但是由于這類電動機生產(chǎn)的成本較高，因此沒有得到廣泛的使用，還需要我們做進一步的研究。

3.小結(jié)

綜上所述，對于抽油機采油系統(tǒng)的節(jié)能研究現(xiàn)階段已經(jīng)取得了一些成果。除了能通過合理的平衡保持降低耗能以外，還應(yīng)該加大其它方向的研究力度，特別對是智能化節(jié)能控制技術(shù)的研發(fā)，相信它將會是未來我國抽油機節(jié)能控制技術(shù)研究的最終方向，

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