萨北油田节能抽油机应用效果评价

罗锐妮（大庆油田有限责任公司第三采油厂）



萨北油田节能抽油机应用效果评价

罗锐妮（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

传统游梁式抽油机本身结构特征，决定了它平衡效果差，曲柄净扭矩脉动大，存在负扭矩、载荷率低、工作效率低和能耗大等缺点。为适应油田节能降耗的需要，新型节能举升技术也不断涌现，每种举升设备和工艺各有其优点，节能原理也不尽相同。通过对比节能型抽油机结构原理、技术特点、节能效果和适用范围进行了分析及综合评价，现场应用取得了良好的节能效果，节电率达到10%以上，最高达到80%。因此，现场应用应结合抽油机井的不同生产状况、能耗水平和机采举升设备实际情况，实施单井个性化节能设计方案，优选合理的抽油机井节能举升设备，才能达到降低成本、提高经济效益的目的。

抽油机节能适用性评价

常规游梁式抽油机是油田生产中的主要举升设备，占机采井总数的近70%。随着油田开发深入，机采井数的增加，举升设施老化日益严重，造成设备效率下降的问题日益突出，致使能耗不断增加。机采井数的增多带来的能耗增大趋势更加明显，控制系统能耗上升的难度日益加大。统计表明，机采系统耗电约占油田生产耗电的40%以上，是油田的主要耗电系统之一。鉴于此，在萨北油田上试验应用了几种节能型抽油机，经现场应用后表明，节电效果显著，实现了降本增效的目标。

1　下偏杠铃抽油机

1.1结构原理

常规游梁式抽油机下偏杠铃节能改造，是在游梁式抽油机的游梁尾部增加一个下偏杠铃，杠铃中心在游梁支撑中心以下，充分利用连杆、横梁、支架和减速箱间的空间；下偏杠铃与游梁采用钢性联接，其余部件不变，平衡块数量及位置根据油井工况适当调整。

1.2技术特点

在游梁式抽油机运行中，下偏杠铃装置重心运行轨迹是一段圆弧，当驴头由下死点开始上行时力臂最长，驴头由上死点开始下行时力臂最短，从而实现抽油机驴头悬点载荷最大时，游梁平衡重的力臂最长，悬点载荷最小时，游梁平衡重的力臂最短，充分利用平衡重的势能，达到调径变矩的目的，使游梁式抽油机具有良好的平衡［1］。

1.3节能效果

经下偏杠铃改造抽油机井测试资料对比表明，与改造前常规抽油机相比，平均综合节电率为11.8%，平均单井提高系统效率为5.96%（表1）。

2　复式永磁电动机抽油机

复式永磁电动机抽油机采用了复式永磁电动机作为动力，在整体结构上取消了普通游梁式抽油机的所有机械传动部分，采用电动机直接驱动的方式；并在智能变频控制器的控制下实现抽油杆的上下往复运动，是一种结构简单、能耗较低的新型油田抽油设备（图1）。

图1　复式永磁电动机抽油机

表1　下偏杠铃复合平衡抽油机与常规抽油机节能效果对比

表2　复式永磁电动机安装前后节能效果对比

2.1结构原理

复式永磁电动机抽油机主要由复式永磁电动机、机架和变频控制装置三部分组成，结构如图1所示。该抽油机取消了传统游梁式抽油机的所有机械传动装置，设计为单管塔式结构，并把复式永磁电动机安装在塔顶的平台上，由智能化变频柜直接拖动抽油杆上下往复运动。

该抽油机的核心部件是复式永磁电动机，电动机两端的皮带轮通过皮带连接抽油杆和配重箱。当电动机受智能化变频柜控制做往复转动时，抽油杆和配重箱则会做方向相反的上下往复直线运动，即完成了抽油杆的抽油动作。

2.2技术特点

复式永磁电动机是抽油机的核心部分，它的整个结构形式与现有的各种永磁电动机完全不同，它在普通电动机一个电枢的基础上，又加上两个盘式电枢，构成了三维合力的特种永磁同步电动机。该电动机结合变极变频、永磁新材料、盘面电动机、外转子电动机等方面的优势，对电动机的铁心结构、绕组形式、材料应用、加工工艺以及控制系统进行了改进和创新，更符合电动机电能量变换的要求，充分利用了电动机的三维空间；与现在的各种低速大力矩盘式永磁电动机相比，在同样体积下，力矩可显著提高。

复式永磁电动机具有自动判断负载的大小、匹配电动机的额定功率的功能，满足负载变化的要求。该电动机的驱动控制柜具有故障保护功能，在电动机超载或异常失速时，电抱闸自动抱刹，配重铁和抽油光杆保持在运动当前位置，充分保证了抽油机的安全运行。在复式永磁电动机的驱动控制柜中配备了智能板卡，可以实现抽油机的自动管理和远程操作。与传统抽油机相比，该电动机具有节电效果明显、维护费用低、适配变压器容量低的优势。

2.3节能效果

经现场试验应用后表明，该抽油机运行平稳，节能效果明显，有功节电率达3.38%，综合节电率为22.32%，系统效率提高18.57个百分点（表2）。

3　直线电动机抽油机

3.1结构原理

电动机直接带动滚筒转动，滚筒通过摩擦力驱动皮带往复运动，皮带通过悬绳器带动光杆作上下运动，从而实现抽油（图2）。

图2　直线电动机抽油机

直线电动机是由旋转电动机演变而来，从切片处沿径向展开，切开展成平面的次级通入三相交流电后在其表面产生形波磁场，初级线圈通过切割磁力线后产生感应电动势做直线运动，旋转电动机的动子和定子相应地成为动子初级与定子次级。

由于永磁同步电动机的推力较相同功率异步电动机的推力要高15%～20%，因此，选择了大推力永磁同步直线电动机作为活塞式抽油泵的举升设备。

3.2技术特点

直流状态制动由专用变频器输出直流电来实现运行中的抽油机在任意位置上的停机制动；发电状态制动就是保护制动，当在运行中一旦出现非正常状态时，直流制动与故障保护系统将会自动使抽油机停止运行，待停机后直流电动机处于发电机制动状态。

直线电动机的初级为动子装在平衡重小车内是平衡重的一部分，沿定子作上下往复运动，在平衡重小车两侧装有8个导向滚轮，沿机架两侧的导轨运动。

3.3节能效果

由表3可知，机采井平均节电率为16.17%，系统效率提高7.51%。

表3　直线电动机抽油机应用前后数据统计

表4　四种节能抽油机评价

4　提捞式抽油机

对于低产液井而言，游梁式抽油机存在能耗大、故障点多、安全隐患大，且发生泵故障后检泵费用高等问题。同时，在杆管偏磨、清防蜡等方面也存在不易解决的问题。因此，现场应用了提捞式抽油机（图3），以此来解决低产井能耗及管理问题。

图3　提捞式抽油机

4.1结构原理

提捞式抽油机井采油是一项新的举升工艺技术。这项技术将油管作为泵筒，采用软性连续抽油杆进行间歇式提捞采油，在管柱内钢丝的下部安装抽子并配重，通过电动机的正反转实现提捞采油。

4.2技术特点

该技术不仅节能，而且适合小排量井，无需采取防砂、防蜡、防偏磨等措施。提捞式抽油机举升工艺无需检泵，若提捞抽子出现问题，矿里可以自行更换；采用间歇式采油，无需人工开启运行，自动停启机，管理方便；免人工量油、监测液面、电量单井计量；由于没有抽油泵，采用柔性连续抽油杆，因而无需采用防蜡、防偏磨等配套措施，大大降低了生产维护成本和作业工作量；抽子提液的过程同时也是一次清蜡过程，延长热洗周期。

中堂画的边上还有大相框，和对联紧挨着，相框里有不同时期的全家福，也有老年人的单人照，新人的结婚照，婴儿的百日照。黑白泛黄的，彩色的，都在里面，相似的五官，相似的神情，只有服装的样式是不一样的，发型也不一样。

4.3节能效果

用于10口井，运行状况良好，均能达到原抽油机抽汲的产液量水平，平均百米吨液耗电为0.95 kWh，平均单井日耗电35.6 kWh；与原机采井相比平均单井日节电194 kWh，日节电率达84.54%，节能效果显著。

5　评价分析

根据油井实际情况和举升设备技术特点，对萨北开发区近几年使用的节能抽油机进行分析评价（表4）。

6　结论及认识

1）结合抽油机井的不同生产状况、能耗水平和机采举升设备实际情况，实施单井个性化节能设计方案，优选合理的抽油机井节能举升设备。

2）对于使用年限在15年以内、机况较好，减速器扭矩利用率较高，严重不平衡抽油机井，采用常规抽油机下偏杠铃改造措施。

3）使用复式永磁电动机抽油机可以最大限度地降低机采井能耗，提高泵效，减缓杆管偏磨而延长检泵周期，它是一种大冲程、低冲速、高效率、低能耗的新型油田抽油设备。

［1］倪国军，高长乐，王志坚.常规游梁式抽油机节能改造［J］.新疆石油天然气，2005，9（5）：21-28.

“互联网+”引领节能环保变革

第18届中国北京国际科博会2015中国新兴产业发展论坛13日举行。本次论坛主题为“新兴产业和新兴业态的新机遇”，并专门设置环节关注“互联网+”时代节能环保产业发展新契机。

当前我国节能环保产业已初具规模，具备了快速发展的基础。与会专家普遍认为，以互联网、大数据、云计算为代表的“互联网+”将颠覆传统行业的未来，成为我国未来经济发展的重要引擎，也将为我国节能环保产业发展带来重大变革。业内预计，至2018年，我国节能环保产业产值将超过11万亿元，占国内生产总值比重超过10%，成为世界最大的节能环保产业市场之一。

首先，制定“互联网+”行动计划将为节能环保产业发展提供政策引导，注入发展动力。今年的政府工作报告提出要制定“互联网+”行动计划，表明我国从战略层面重视“互联网+”对传统行业和经济的推动作用，意味着与互联网“牵手”将成为行业发展的大势。

中国国际经济交流中心常务副理事长张晓强表示，制定“互联网+”行动计划要有广阔和前瞻性的思路，一定要抓住能够有效实施的关键之处。应该以新一代的信息技术与现代制造业的深度融合为重点，但绝不应仅限于此。应考虑新一代信息技术与多行业、多领域的结合，包括对传统产业的改造升级，与农业发展、节能环保、医疗、新型城镇化等的有机结合。将环保产业打造成新兴支柱产业，正亟需如此明确的发展方向和产业发展新动力。

其次，“互联网+”为节能环保产业带来新业态和新模式。在与会专家的演讲中，除“互联网+”一词高频出现，智能电网、智能建筑、信息化治污等说法也屡见不鲜。这些环保领域的新鲜说法，正源于互联网信息技术与传统能源和环保技术的有效结合。落基山研究所常务董事程迈越在谈及电网融合时表示，“互联网+”实际上就是用最先进的IT技术帮助我们提升整个电网的灵活性和需求快速响应能力。

此外，“互联网+”还为推动环境信息化和环保数据公开提供了良机。据介绍，大数据、云计算等技术在我国环保领域已经有了初步应用，环保大数据的决策支撑作用正逐渐提升。如环境保护部已完成“三层四级”的环保业务专网建设，北京环境数据中心于2013年投入使用，云南也在重点污染源数据库的基础上开展数据中心建设等。但当前各地环境信息化建设水平不均，环境数据无法完全共享等问题还普遍存在，仍难为环境治理形成有效的数据支撑。

互联网及大数据技术的发展和应用将使来自环境质量、污染源排放及个人生活领域的大量环境数据的获取和分析成为可能。国务院印发的《2015年政府信息公开工作要点》明确提出，进一步推进空气质量、水环境质量、污染物排放、污染源、建设项目环评等信息公开，推动企业、第三方机构、个人对公共数据进行深入分析和应用。未来，环境数据的互通共享将推动我国环境治理能力更进一步。

来源：新华网付亚荣供稿

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.10.014

2015-07-03）

罗锐妮，工程师，1990年毕业于重庆石油学校，从事机采动态分析及工艺设计工作，E-mail：rnlou@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第三采油厂工程技术大队管理室，163113。