浅谈提高游梁式抽油机系统效率

胡 明 魏 海 张晓艳

(胜利油田 滨南采油厂，山东 滨州256600)

随着油田开采进入中后期,机械采油已成为主要的开采方式。据统计,全国陆上油田的产油井约为8 万口,是目前油田在用设备数量最多的设备。其中,抽油机和潜油泵总数共近8 万台,占全行业总台数的85%,用电量占总用电量的50%。然而,目前我国机械采油系统效率还非常低,仅有25%。而在机械采油系统中游梁式抽油机约占85%,潜油泵约占7%,立式抽油机约占7%,其他类型约占1%。可见,提高游梁式抽油机的系统效率是提高油田机械采油系统效率的关键所在。

1 提高游梁式抽油机系统效率的途径

游梁式抽油机具有结构简单、制造容易、维护方便的优良特性,在国内油田得到了广泛应用。整个游梁式抽油机系统主要由即抽油泵、游梁式抽油机和电动机3 部分组成。抽油泵的效率受原油粘度影响较大,在一般情况下,原油粘度不会经常变化,所以,抽油泵的运行效率由自身和原油粘度决定,一般情况下是稳定的,因此,需根据井下地质情况决定选择合适的抽油泵。游梁式抽油机型号一旦选定,其运行效率也随之确定,根据现场和理论计算,同型号的双驴头抽油机在同负荷下与常规游梁式抽油机相比,减速箱最大扭矩可下降20%左右,所以,尽量选用双驴头抽油机。游梁式抽油机的平衡好坏将大大影响抽油机的运行效率,所以要充分重视抽油机的平衡度。

游梁式抽油机所用电机的种类很多,其中,最为常用的是Y 系列普通电机。由于该电机启动转矩小,而游梁式抽油机需要很大的启动转矩来带动平衡块启动,为此,匹配的Y 系列普通电机功率比抽油机启动后正常运行所需的功率大2 个等级甚至更多,完成启动后抽油机仅需很少的转矩即可正常运行,这造成了电机绝大部分工作时间的负载率仅在40%左右,产生大马拉小车的现象,使电机效率为60%左右,功率因数为0.3～0.4。Y 系列普通电机最高效率点在80%额定功率附近,效率最高为90%,功率因数最高为0.85。当电机轻载运行时,电机效率和功率因数非常低,效率最低为30%左右,功率因数最低为0.2 以下。然而游梁式抽油机在正常运转后,负荷呈周期性变化,上行程比下行程负荷高,Y 系列普通电机不能在这种宽范围负荷下,始终保持高效率和高功率因数的特性,造成了游梁式抽油机系统效率普遍偏低。

游梁式抽油机的运行特点是启动转矩大,在一个周期内负荷变化率大, 为适应游梁式抽油机的运行特点, 所用电机应具有较高的可靠性、较长的使用寿命和较好的软启动性能,负荷率为10%～100%都具有较高的效率和功率因数,能够变速运转以实现冲次的改变,使抽油泵达到较高的充满系数。总之,要求电机提高运行效率和功率因数的同时,还可根据出液量的变化选择最佳冲次,保证泵的充满系数,从而提高油井产量,降低泵的磨损次数和维护费用。然而目前在用的各类电机都存在不同程度的问#105# 李佃贞,等:提高游梁式抽油机系统效率分析题,无法完全满足游梁式抽油机的需要。

1）Y 系列普通电机，启动转矩较小、功率因数低、效率低、不能调整冲次以协调供排关系。

2）永磁同步电机，启动冲击大,存在退磁。随着时间的变化,效率和功率因数不断下降,损坏修复难,冲次调整困难。

3）变频电机，抽油机存在发电运行状态,容易造成变频器损坏。

2 开关磁阻调速电机的主要特点

1）效率高,功率因数高,调速系统效率高。该电机转子不存在铁损和铜损,系统效率在宽范围内为90%以上,比目前效率最高的变频电机高5%～10%,功率因数达0.95 以上,并且在负载为10%～100%时,均保持很高的效率和功率因数,比普通电机节电25%以上。

2）可跟踪油井出液量的变化,调整抽油机冲次,使抽油机工作在最佳的工作状态,冲次为018～810 无级可调。开关磁阻调速电机具有记忆识别电机作功变化的单片机, 通过长期鉴别, 判断出充满系数的大小,给出增加冲次或减少冲次的信号,保证合理的抽油泵充满度,减少抽油泵的干磨,延长检泵周期。

3）根据需要,可实现上冲程快、下冲程慢,或上冲程慢、下冲程快的功能。利用单片机的智能控制和传感器的信号传输,可根据油井的实际情况,高可靠性地自动实现上下冲程速度的变化。

4）控制系统可靠性高,电机寿命长。该电机控制系统的结构相对于其他电机更加简单,而且保护功能齐全,运行过程中发生的各种故障系统会自动保护,从而提高了控制系统的工作可靠性。另外,转子无任何形式绕组,机械强度高；而定子也只有几个集中绕组,因此,绝缘程度高、寿命长,适合露天野外场所使用。

5）实现了软启动。该系统适合重载启动场合,高启动转矩,低启动电流,启动电流为额定值的30%时,启动转矩可达其额定值的150%,可完全满足游梁式抽油机带平衡块启动的需要。

6）能够采用集中直流供电。采用直流输电和直流供电,可彻底杜绝窃电现象发生。

3 现场应用及节能效果

开关磁阻调速电机的软启动性能,可减少抽油机启动时的硬冲击损害,并通过调整冲次降低泵的干磨次数,使油井的作业周期延长1 倍以上,每年减少油井维护费á1.5 万元。对现场使用的多台开关磁阻调速电机进行了用电测试,并与原电机用电情况对比后发现,该电机节电效果明显,尤其对平衡好的油井,在运转1 个周期范围内,约有1/3 周期时间控制器根本不供电,电机的运行电流为零,完全依靠惯性在运转,电机电流下降幅度大,平均达15%～30%。如果考虑电网和变压器由于降低运行电流而减少的线损和变损,节电效果更为明显。

［1］万仁溥，罗英俊.机械采油技术[M].北京：石油工业出版社，1993.

［2］吴建华.开关磁阻电机设计与应用[M].北京：中国标准出版社，2000，l5.