抽油机节能技术研究浅析

渠江霞 娄勇 渠强 孙岳

摘 要：21世纪以来，随着我国经济和社会不断发展，人们生活水平不断提高，城市化、工业化进程进一步加快。工业、农业、商业等各行业领域对于能源要求也日益增高。油田在开采石油过程中，对于选用的抽油机、热油车等设备节能减排也提出了更高的要求。本文从新型的节能抽油机理论入手，对节能原理进行了仔细分析，并探讨了机械采油节能机理。切实推进油田设备向科技化、智能化、节能化迈进，促进我国油田、经济建设走向可持续发展道路。

关键词：节能；抽油机；优化设计

目前国内的许多的抽油机能耗太高，运转的效率的低下。而本文所提到的新型的抽油机可以从根本上解决这个问题，切实降低能耗，而且在性能上有了很大的提升，工作更加稳定。对油田开采降低了成本，给油田企业带来显著的收益，是一项值得大力推广的绿色新型节能技术。

一、现有抽油机主要存在的问题

目前国内油田采用的抽油机大多是游梁式抽油机，也就是有杆抽油泵全系统。这种抽油机的效率相比新型的节能抽油机效率低下，甚至在国内的一般地区才有12%～23%，美国的技术相对先进一些，但是也仅是46%。针对有杆抽油系统的能源消耗大，耗电多的问题，本文提出较好的解决方法。另外，老式的抽油系统在国内某些开采时间较长的油田的使用下，问题更加突出。老油田由于长期的开采，所开采出的石油含水量相对较大一些，因此抽油机的工作效率也会加大，相应的耗能也就更高。想要维持高的采油量，就要使采液体的量维持在一个较高的水平，这样提纯的石油量才能得到保证。这样无疑又加剧了对抽油机的使用程度，所以旧式的采油机就不能满足现在的采油进程，因为现在的采油要求抽油机的冲程要越来越长。目前的采油系统存在许多的不足之处，下面做相应分析：

1.系统效率低的原因

有杆抽油系统是由好几部分组成的，包括了电机、地面传动设备及井下抽油设备，这些部分的效率都关乎着整体的效率，一部分效率降低都会影响其他部分的运转，进而影响整个系统的效率。所以使全部系统部分的效率提升才会使整个系统的效率得到大幅提升。

2.抽油机能耗大的主要原因

采油工作是在井下进行的，井下的能源消耗又和井上的游梁机型有关联。井下的情况变化也会由于井上的变化而产生变化。抽油机的负荷特性与异步电动机的硬的转矩特性不相匹配，甚至出现“发电机”工况，出现二次能量转化，这是抽油机能耗大的主要原因之一。一般电动机的负载率过低，约为30%，致使电动机以较低的效率运行。电动机在一个冲程中的某个时段被下落的抽油杆反向拖动，运行于再生发电状态，抽油杆下落所释放的机械能有部分转变成了电能回馈电网，但所回馈的电能不能全部被电网吸收，引起附加能量损失，同时负扭矩的存在使减速器的齿轮经常受反向载荷，产生背向冲击，降低了抽油机的使用寿命。常规抽油机的扭矩因数大，载荷波动系数CLF亦大，故均方根扭矩大，能耗增加。常规抽油机运行的悬点加速度、速度的最大值过大，影响悬点载荷，动载增大。采用对称循环工作制使泵充满度下降，影响产量，泵效降低，能耗亦增大。

二、国内抽油机发展水平及趋势

抽油机简要来说就是一个传动的设备，因为有杆采油需要地面动力传动，所以抽油机才会是构成“三抽”系统的主要组成部分。抽油机的使用已经有了很早的使用历史，最早在百年之前就有了这个设备。但是使用的最为广泛的就是游梁式抽油机，这种抽油机之所以流传至今也是有它的优点的，其结构构造比较简单，并且有着很好的耐久度，因为这些优点相应的其维修起来也就更加简便。然而时代的进步，油田也会不断地开采，跟不上时代进步的技术也必然会遭到淘汰。现在的石油开采要求抽油机必须耗能小，负荷能力还要强，另外还要具有冲程长的特点，这些特点游梁式抽油机很缺反，这就使得新的抽油技术应运而生。新型的抽油机在众多研究工作的辛苦钻研之下也被研制出来，更好地适应现代的采油情况。国家对这些研究投入了不少的资金，国内外所生产的新式抽油机近些年的生产量逐年增加。

游梁式抽油机在我国投入生产的历史也近四十多年，最早始于80年代，我国就开始自行制造属于自己的游梁式抽油机，满足国内的大型油田使用。并且还有少许的出口国外，规格多种多样。

目前抽油机的发展趋势比较明朗，主要分为以下类型：

1.品种多样化。国内外近些年对采油机的研制都投入了很大的精力，新型的抽油机的种类也就种类繁多。仅美国拉夫金公司抽油机的可选机型就多达60余种，相比国际上的情况，我国目前所使用的种类总共分为五大类，大约在十几种规格。但是现在的情形必将使我国的抽油机的研制更为迅速，品种的增加也是必然。國内的研制技术在科学工作者的辛勤研究之下也更为现金和科学，就像现代的设计技术包括可靠性设计、优化设计、模拟动态分析、CAD等，这些技术的运用，所生产的抽油机的性能也会大幅提升。

2、产品系列化、标准化、通用化。新式的抽油机规格也会使其更适用国际和国内的更多的油田企业，对抽油机在国际上开拓更大市场打下了坚实的基础。

3、新型的抽油机把节能当做一种理念。设计者把节能技术融入到新型的抽油机中，使采油的能耗大大降低。未来的抽油机性能将会向着自动化、智能化、长冲程、大载荷、精确平衡方式、节能降耗，提高适应性等方向发展。

三、抽油机节能技术

抽油机节能技术的发展速度较快，主要从以下几个方向入手：

1.改进抽油机的结构

改进抽油机的结构是一种行之有效的节能方法，这种方法的原理在于改进抽油机的四杆结构并且使抽油机的平衡方式得到加强，这些性能的改变进而使抽油机的曲柄轴净扭矩曲线的形状和大小发生改变，这样也会使抽油机的周期载荷系数降低，相应的电动机的效率就会得到提升，节能的目的也就达到了。国际上也有通过这些方式达到节能目的的例子，就像美国CMI公司所研发TORQM-ASTER异相型抽油机，其最大扭矩减小60%，节电15%～35%；美国Lufilin公司开发的MARK-Ⅱ型前置式抽油机，平均节电36.8%；我国使用节能抽油机的年代也比较早，所取得效益也很是明显，耗能得到有效控制，企业的效益也就得到提升。

2.采用节能驱动设备

这种方法是从研究电机的特性入手，研究开发新型的电动机，使之与采油井井况相匹配，进而达到提高电动机的效率和功率因数的目的，即采用高转差率电动机（转差率8%～13%）和超高转差率电动机代替常规转差率电动机（转差率小于5%）。美国Baldor电器公司生产的高转差率电动机驱动抽油机可提高功率因数74%，节电22.7%；在国内，超高转差率电动机有功节电率为10.56%，综合节电率为17.42%；有采用同步电机、变频器等，但因造价高，难以推广另外，还有采用节能配电箱来实现节电的。

3.采用节能控制装置

如DSC系列抽油机多功能程控装置、间抽定时控制装置。

4.采用节能元部件

如窄V型带传动和同步带传动等。

5.改进平衡方式

如采用气动平衡或天平平衡等。

6.改进“三抽”系统部件

有采用抽油杆导向器、空心抽油杆、减振式悬绳器等部件，都可提高三抽系统的工作效率，达到节能的目的。

目前，采油节能已成为大势所趋，谁能掌握最先进的节能技术谁也就会创造最好的效益。上述的几种方法都有着不错的优点，能为企业带来很好的效益，并且操作方法简单易行，有些是在原有基础上加以改善，有些是使用的先进的技术，改进抽油机的性能，提高相匹电动机的工作效率和功率因数，所有的方法殊途同归，都是为了达到节能的目的，各企业也应该发挥创造性，使能耗降到最小。

参考文献：

[1]薄保中.苏彦民等.抽油机电机的调压节能[J].油气田地面工程，2000.

[2]徐甫荣.赵锡生.抽油机电控装置节能综述[J].电气传动自动化，2004（5）：1- 8.