摘要：本文化工論文針對(duì)抽油機(jī)井能耗高的問題，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)孤東油田目前應(yīng)用的各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了分析及評(píng)價(jià)。對(duì)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(jìn)行優(yōu)化組合，取得了很好的節(jié)能效果。
　　關(guān)鍵詞：抽油機(jī)井；節(jié)能降耗技術(shù)；效果分析
　　游梁式抽油機(jī)是我國(guó)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(guó)目前有8萬(wàn)多口抽油機(jī)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(jī)井的節(jié)能降耗工作，是降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的必要條件和有效途徑。
　　針對(duì)抽油機(jī)井能耗高的問題，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)孤東油田目前應(yīng)用的各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了分析及評(píng)價(jià)。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(jìn)行優(yōu)化組合。通過評(píng)價(jià)試驗(yàn)，新區(qū)方案設(shè)計(jì)應(yīng)以節(jié)能抽油機(jī)為主，節(jié)能型拖動(dòng)裝置為輔，并且匹配要合理；對(duì)于供液不足井，應(yīng)采用調(diào)速電機(jī)、智能間抽技術(shù)。資料統(tǒng)計(jì)表明，智能間抽時(shí)平均日產(chǎn)油比連續(xù)生產(chǎn)時(shí)上升0.4t/d，平均日耗電量比連續(xù)生產(chǎn)時(shí)下降50kW.h。
　　1目前抽油機(jī)井上應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)
　　目前抽油機(jī)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(duì)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)及其拖動(dòng)裝置（電機(jī)和配電箱）的性能來開展的。抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)分為兩類：一類是節(jié)能抽油機(jī)，其原理主要是通過降低減速箱峰值扭矩，使電機(jī)功率下降，包括雙驢頭抽油機(jī)、偏輪抽油機(jī)、下偏杠鈴抽油機(jī)、摩擦轉(zhuǎn)向式抽油機(jī)和擺桿式抽油機(jī)；另一類是對(duì)常規(guī)抽油機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造。抽油機(jī)拖動(dòng)裝置節(jié)能技術(shù)也分為兩類：一類是節(jié)能電機(jī)，主要有永磁電機(jī)、高轉(zhuǎn)矩電機(jī)、變頻調(diào)速電機(jī)和一體化拖動(dòng)裝置；另一類是節(jié)電箱，主要是控制電機(jī)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(bǔ)償。
　　我們將油田上推廣應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)，在定點(diǎn)的水力模擬試驗(yàn)井上進(jìn)行了測(cè)試。水力模擬試驗(yàn)井能消除生產(chǎn)井的含水、油氣比、動(dòng)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(cè)試裝置中形成循環(huán)回路，抽油機(jī)負(fù)載可調(diào)，通過計(jì)量設(shè)備及儀器儀表對(duì)有關(guān)測(cè)試參數(shù)進(jìn)行計(jì)量，在同等條件下，對(duì)待測(cè)產(chǎn)品及設(shè)備進(jìn)行全面準(zhǔn)確的能耗對(duì)比和評(píng)價(jià)。
　　2.1節(jié)能抽油機(jī)
　　我們對(duì)抽油機(jī)井在用的節(jié)能抽油機(jī)的節(jié)能效果進(jìn)行了測(cè)試（表1）。
　　表1抽油機(jī)節(jié)電性能對(duì)比表
　　抽油機(jī)類型 主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 使用范圍 綜合節(jié)電率（%）
　　雙驢頭抽油機(jī) 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(jī) 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(jī) 吊重平衡，鋼絲摩擦傳動(dòng) 沖次、沖程連續(xù)可調(diào) 20.9
　　雙驢頭抽油機(jī)節(jié)能原理：該機(jī)以常規(guī)抽油機(jī)為基礎(chǔ)，對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，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(jī)構(gòu)的作用，使其扭矩變化接近正弦規(guī)律，靜扭矩波動(dòng)較小，從而達(dá)到節(jié)能的目的。
　　下偏杠鈴抽油機(jī)節(jié)能原理：下偏杠鈴復(fù)合抽油機(jī)工作時(shí)，游梁偏置平衡重心的運(yùn)動(dòng)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(shí)，其重力矩最大；當(dāng)重心處于回轉(zhuǎn)中心的垂直線時(shí)，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(jī)曲柄軸凈扭矩曲線的形狀和大小，使其波動(dòng)平緩，并且消除負(fù)扭矩，減小抽油機(jī)的周期載荷波動(dòng)系數(shù)，提高電動(dòng)機(jī)的工作效率。
　　摩擦換向抽油機(jī)節(jié)能原理：摩擦換向抽油機(jī)工作時(shí)，以功率因數(shù)cosφ=1的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，使用智能模擬及數(shù)字混合控制，采用摩擦輪傳動(dòng)作為工作機(jī)構(gòu)，機(jī)械傳動(dòng)路線短、效率高，實(shí)現(xiàn)了正反轉(zhuǎn)換向，啟動(dòng)換向平穩(wěn)、沖擊小，且沖程、沖次均可獨(dú)立無級(jí)調(diào)節(jié)，控制抽油桿上行及下行速度，有效地降低了電動(dòng)機(jī)輸出扭矩的峰值，再加上直接平衡的作用，最終實(shí)現(xiàn)降低電機(jī)功率的目的。
　　2.2節(jié)能拖動(dòng)裝置
　　2.2.1節(jié)能電機(jī)
　　目前約70％的抽油機(jī)電機(jī)平均負(fù)載率小于40%，運(yùn)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?yàn)椋河瘟菏匠橛蜋C(jī)是一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)，啟動(dòng)時(shí)靜載力矩較大，正常工作時(shí)驢頭懸點(diǎn)載荷是交變的，其負(fù)荷特性也是交變的，電機(jī)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(dòng)時(shí)負(fù)載的靜載力矩，對(duì)于普通的Y系列電機(jī)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(jī)、超高轉(zhuǎn)差電機(jī)、永磁同步電機(jī)、一體化拖動(dòng)裝置等節(jié)能技術(shù)。各種節(jié)能電機(jī)節(jié)電原理如下：
　　①高轉(zhuǎn)矩電機(jī)是機(jī)座為一整體式、內(nèi)部為獨(dú)立雙定子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子同軸的復(fù)式電機(jī)。該電機(jī)啟動(dòng)時(shí)為雙電機(jī)工作，啟動(dòng)后正常工作時(shí)，只用一臺(tái)單機(jī)工作。電機(jī)可在外電路控制下，依負(fù)載變化而自動(dòng)停止或啟動(dòng)。
　　②超高轉(zhuǎn)差電機(jī)通過增加轉(zhuǎn)子電阻提高電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，使電機(jī)在重負(fù)荷時(shí)速度下降，扭矩增加；輕負(fù)荷時(shí)速度上升，扭矩減小，速度變化范圍大于12%。該電機(jī)啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)扭矩大，裝機(jī)容量和普通電機(jī)相比降低約40%。
　　③永磁同步電機(jī)采用異步啟動(dòng)、同步工作方式，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)完全同步，無轉(zhuǎn)差損耗，且轉(zhuǎn)子不需外加勵(lì)磁電源，無勵(lì)磁損耗，因此具有功率因數(shù)高，啟動(dòng)力矩大等特點(diǎn)。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(jī)定子繞組Y-△轉(zhuǎn)換技術(shù)。主要是通過自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)電機(jī)Y-△轉(zhuǎn)換，從而提高電機(jī)負(fù)載率，同時(shí)以電流、電壓為取樣元，作為電機(jī)過載、缺相等保護(hù)的控制信號(hào)，并跟蹤反饋，使電機(jī)輸入功率隨負(fù)載的變化而同步變化，強(qiáng)制降低電機(jī)的有功和無功損耗，從而達(dá)到節(jié)電的目的。當(dāng)定子繞組△接時(shí)，繞組端電壓為380V；當(dāng)定子繞組Y接時(shí)，繞組端電壓為220V。繞組端電壓下降了，相應(yīng)的負(fù)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(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)功率因數(shù)，自動(dòng)控制雙向可控硅的開啟角來調(diào)節(jié)電機(jī)的供電電壓，從而達(dá)到節(jié)電的目的。該技術(shù)對(duì)負(fù)荷的適用范圍比較大，使電機(jī)既可以全壓?jiǎn)��?dòng)又能降壓運(yùn)行，電機(jī)始終在高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，提高了功率因數(shù)。但是在實(shí)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(shì)和瞬變電流的影響，引起電機(jī)發(fā)熱和振動(dòng)，影響了節(jié)電效果。
　　③無功補(bǔ)償技術(shù)。主要是采用加裝一定容量的電容器對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，消除無功電流以提高功率因數(shù)，降低供電變壓器負(fù)荷，從而降低網(wǎng)損達(dá)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(jī)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(jì)效益。
　　3.1新井合理選擇抽油機(jī)井節(jié)能產(chǎn)品
　　采用節(jié)能型抽油機(jī)與節(jié)能拖動(dòng)裝置后，在節(jié)能拖動(dòng)裝置與節(jié)能型抽油機(jī)功能互補(bǔ)的情況下，最終節(jié)電率小于二者之和；而在二者不能達(dá)到功能互補(bǔ)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(chǎng)試驗(yàn)證明，偏置機(jī)＋高轉(zhuǎn)差電機(jī)的效果不如偏置機(jī)＋普通電機(jī)的效果好，甚至無節(jié)能效果。
　　在模擬試驗(yàn)井上進(jìn)行了節(jié)能抽油機(jī)＋節(jié)能電機(jī)＋節(jié)電箱的組合評(píng)價(jià)試驗(yàn)。
　　試驗(yàn)表明，雙驢頭抽油機(jī)＋節(jié)能電機(jī)＋調(diào)壓箱的疊加效果低于雙驢頭抽油機(jī)＋YMJ電機(jī)＋普通控制箱的節(jié)能效果。原因在于節(jié)能電機(jī)及節(jié)電箱都是在電參數(shù)上進(jìn)行了改進(jìn)或優(yōu)化，疊加使用時(shí)因功能重復(fù)而互補(bǔ)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(jī)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(dòng)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(shí)整時(shí)停機(jī)。
　　統(tǒng)計(jì)有對(duì)比資料的8口井，智能間抽時(shí)平均日產(chǎn)油比連續(xù)生產(chǎn)時(shí)上升0.4t/d，平均日耗電量比連續(xù)生產(chǎn)時(shí)下降50kw•h。不僅達(dá)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(rèn)識(shí)
　　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(jī)的負(fù)荷率越低，節(jié)能效果越好，反之越差。②新區(qū)方案設(shè)計(jì)應(yīng)以節(jié)能抽油機(jī)為主，節(jié)能型拖動(dòng)裝置為輔，并且其匹配要合理。③對(duì)于供液不足井，宜采用調(diào)速電機(jī)、智能間抽技術(shù)，可以取得較好的節(jié)能效果。統(tǒng)計(jì)資料顯示，智能間抽時(shí)平均日產(chǎn)油比連續(xù)生產(chǎn)時(shí)上升0.4t/d，平均日耗電量下降50kW•h。
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