游梁式抽油机的能耗分析与技术匹配

乔荣德

游粱式抽油机是国内外各大油田的主要机械采油设备，据统计我国各类抽油机总数超过20万台，其中游梁式抽油机占油田在役抽油机总数的90%以上，该文列举部分代有表性的针对游梁式抽油机选用的认识问题进行讨论。

抽油机的“无功损耗”

游梁式抽油机在油田生产中发挥的重要作用，但是人们在讨论游梁式抽油机的使用或改进问题中存在的一些认识上的不同，某些不同观点屡屡出现在新产品介绍或某些专业文献当中，为分清事实真相，正确指导油田生产经营取得更佳的经济效益。

作为耗能大户，抽油机的节能广泛受到关注，部分理论认为，游梁式抽油机通常采用普通电机驱动，电机功率因数和负载率往往较低，常常在低于30%情况下运行，通过实施某些新技术或增加无功补偿装置就可将功率因数提高到90%以上，因此大大减小电机的无功损耗，起到大幅度节约能源的目的。

针对这种认识，我们需要理清一下什么是无功功率，在具有电感和电容的电路里，这些储能元件在半周期的时间里把电源能量变成磁场（或电场）的能量存起来，在另半周期的时间里对已存的磁场（或电场）能量送还给电源。我们把与电源交换能量的速率的振幅值叫做无功功率。它不对外做功只是与电源进行能量交换，才被定义为无功功率，但它决不是无用功功率，电动机需要有无功功率才能建立和维持旋转磁场，使转子转动，变压器也同样需要有无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压。

对于供电系统，如果出现低功率因数运行的情况，会造成发电机有功功率的输出降低，使电气设备容量得不到充分发挥等不良影响，因此在电网中必须设置一些无功补偿装置来补偿功率因数的降低。对于具体的用电设备来说，无功功率增加会使电流增加造成部分用电设备有用功增加，对于电机来说无用功功率增大，会导致电机线损增加，但是由于电机内阻较小，通常可以忽略不计。此对于用电设备来讲，提高功率因数不可能显著降低设备的耗电。

游梁式抽油机能耗

“游梁式抽油机”实际是机械采油系统的代称，应该指由抽油机—抽油杆一抽油泵组成的采油系统。在这种系统中，抽油机是系统的动力提供装置，它所提供的能量是包括抽油泵、抽油杆、油管以及电机、输出管线等等在内的机械采油系统能量消耗总和，在游梁式抽油机一抽油杆一抽油泵组成的机械采油系统中，抽油机的效率是最高的，设计合理的常规游梁式抽油机，不计减速器效率的情况下效率可达90%以上，其他结构形式的抽油机是难以做到的，系统的效率较低，主要是抽油泵、抽油杆等的效率较低，即使是抽油机、电机的综合效率达到1，则系统的效率仍然为30-45%，因此在这个有多个系统组成的串联动力传动系统中，研究节能问题需要从提高三抽系统效率着手，片面强调地面设施的节能，是难以取得理想效果的。

游梁式抽油机功率匹配

常听人说：“游梁式抽油机的启动转矩大，为克服这一问题抽油机通常需要配备较大的电机，以确保抽油机能够正常使用，由于游梁式抽油机所配电机功率较大，正常工作时。负载率低，大马拉小车，所以造成能源的大量浪费。”游梁式抽油机的启动转矩真得很大吗？

游梁式抽油机运转时，输出轴上的净扭矩等于悬点载荷在曲柄上产生的扭矩与曲柄产生的平衡力矩作用之和，抽油机启动时通常是在上下死点位置时启动，此位置时游梁式抽油机扭矩因数最小，悬点载荷在曲柄上产生的力矩和曲柄本身产生的平衡力矩都接近于零，这时曲柄净扭矩和电机驱动力矩也是最小的，如果抽油机停机在上下死点位置时，一个人的力量就可以推动抽油机转动一定的角度，如果是下死点启动由于曲柄位置最高，储备足够能量将更有利于抽油机的启动，游梁式抽油机光杆是做近似余弦加速度规律运动的，无突变载荷，这些因素都有利于抽油机的启动，相反启动扭矩大是某些非游梁式抽油机的特点。从另一方面讲，即便是抽油机起动力矩真的很大，由于电动机本身具有较强的抗过载能力，短时间的过载使用，使电动机功率提高到额定功率的两倍左右也不会对电动机产生影响。

因此从抽油机正常使用来看无需人为增大电机功率，如果用户在使用过程中测量电机电流与电机额定电流相差较大，可以更换较小的电机。

电流参数配置

有人提出：“抽油机电机配置需要考虑做业时举升曲柄条件需求。”的确，修井做业时需要在脱开光杆的情况下举升曲柄，在抽油机负载率较大时，曲柄平衡力矩达到较大，此时游梁式抽油机电机工作力矩要比正常工作时大的多的，做业时，游梁式抽油机常需采用往复摆动曲柄的方法甩上曲柄，或采用提前调整平衡块、吊车辅助作业等方法完成举升曲柄工作，所以抽油机设计时不需要根据举升曲柄这一特殊需要选配电机，对于非游梁式抽油机如果平衡系统采用的是重块平衡，想利用电机的力量提升平衡重块难度会更大这里不做分析。

另外，抽油机所配电机功率大就会造成能耗的大幅度提高吗？抽油机运转所需功率的大小取决于载荷的大小，而非取决于电机额定功率的大小，一般来讲电动机负载率在25-90%范围内效率较高，效率达到80-90%，如果电动机负载率低于25%或超载时才会出现电动机效率显著降低，抽油机电机选大，可满足更多做业条件的需要，功耗并非显著增加，考虑到提高电机使用寿命，建议电机的最大电流最好不要超过电机额定电流。

抽油机的合理选型

常常有人把抽油机匹配电机的大小作为衡量抽油机是否节能的标准，也有人认为：“低冲次抽油机可以匹配较小功率的电机，因此可以大幅度节约能源，游梁式抽油机应向低冲次方向发展。”抽油机运转所需功率与抽油机的冲次成正比，每分钟运转10次和运转2次的抽油机装机功率当然会有显著的变化，但是抽油机的冲次与原油产量有着密切的关系，游梁式抽油机能够适应高冲次的工作条件下运行，这正是其历经百年长盛不衰重要原因之一，游梁式抽油机具有较宽的使用范围，可以满足每天0-300方排量的使用要求。

对于有低冲次需求的井矿，用户只需要匹配低速电机或调速电机既可满足要求，因为抽油机冲次降低，所需电机功率也随之减少所以匹配低速电机不会造成成本的大量增加

有关游梁式抽油机设备投入成本的讨论

由于游梁式抽油机存在着单机重量高，生产成本高，购置成本高的传统观点，在人们的认识中存在一定的不理解。其实，对于中小型抽油机来说，游梁式抽油机生产成本并不高于非游梁式抽油，对于较大型号游梁式抽油机与同型号的非游梁式抽油机相比，游梁式抽油机重量最高，制造成本较高，尤其是冲程5米以上的游梁式抽油机其制造成本将会显著提高，但是，游梁式抽油机具有很高的可靠性，可以节省大量销售、服务费用，因此游梁式抽油机仍然是目前市场上价格最低廉的抽油机。

抽油机发展前景分析

在中国抽油机市场一度出现“繁荣”的局面，针对抽油机的设计以及配套装置的设计品种不断涌现，但是真正能够经得起时间考验长期被用户接收的少之又少，分析原因，主要是由于他们都是在以上列举的针对游梁式抽油机错误认识指导下研发出来的产品，所以其产品是难以达到预期效果。

由于历史原因，中国抽油机的发展走的是一条自我发展的道路，产品没有与世界接轨，这就难免走一些弯路，今后我国抽油机的研发和选型，还是应该多借鉴一些世界发达国家的经验，如果产品能够等同采用API标准，与世界接轨，这样及有利于原油生产单位提高综合效益而且对制造行业在世界上的崛起也起到积极推动。