某油田抽油机的特性及节能分析

【摘 要】目前各种类型的节能抽油机逐年增加，但常规抽油机仍是油田开采最主要的举升方式，约占抽油机总数的90%以上。阐述了大庆油田常规抽油机使用现状及优缺点，并对常规抽油机的负载特性进行了详细的分析。抽油机的负荷特点决定了选用普通异步电动机来驱动抽油机不可避免地就会形成“大马拉小车”的现象，论述了常规抽油机出现“大马拉小车”现象的主要起因。分析了常规抽油机的节能潜力，从敏感性因素、平衡方式、降低悬点载荷、提高泵效等几方面提出了提高常规抽油机系统效率的对策。

【关键词】常规抽油机；抽油机特性；节能

目前，抽油机井用电量约占油田总用电量的45%左右，是油田耗能大户。虽然节能抽油机用量每年都在增加，但油田大量在用抽油机的主流仍然是常规游粱式抽油机和偏置（也称异相）游粱式抽油机，截止到2016年11月，大庆油田共有抽油机31827台，常规抽油机26675台（其中包括常规游粱式抽油机6660台，偏置游粱式抽油机19200台，前置机95台，其他常规机514台），常规机占抽油机总数的80.8%。分析常规抽油机的特点、使用现状及负载特性，探索其节能潜力具有一定的现实意义。

1 目前大庆油田常规抽油机井现状

常规抽油机以其结构简单、制造容易、维修方便、使用可靠、可以长期在油田全天候运

转等优点被广泛应用。但是抽油机也有其自身的缺点，如惯性载荷大、动载大、平衡困难、上下冲程扭矩波动大、效率较低、在长冲程时体积较大和笨重以及设备投产后更新难度大等。目前大庆油田在用的3万多口抽油机井，平均泵效约为45%，系统效率平均在23%左右.

2 常规抽油机的负载特点

抽油机靠抽油杆的上下运动将原油抽汲到地面的管网中，抽油机的上冲程提起油柱时需要的功率大，而下冲程时勿需动力可自行下落。为了使负荷均匀，一般配有某种平衡机构，如平衡块，电机轴上形成的总负荷转矩为油井负荷扭矩和平衡扭矩之和。不同的油井其负荷曲线不同，主要与井况和平衡有关。抽油机的负荷曲线有以下特点：

（1）抽油机的负荷呈周期性波动，波动频率常用冲次表示，常规抽油机冲次一般说来为6～10次/min，即波动周期5～11s。

（2）平衡扭矩是一正弦曲线，而油井负荷扭矩不规则，形成的总负荷扭矩曲线常出一、二次负功率。

（3）负载扭矩平均值约为最大值的1/3。

抽油机的负荷特点决定了选用普通异步电动机来驱动抽油机不可避免地就会形成“大马拉小车”的现象。

首先，抽油机起动时都是带载起动，惯性矩较大，起动时又总在上下死点处起动，油田在选配电动机时为了起动顺利，一般按最大扭矩选配电机，而抽油机起动后正常工作时平均转矩与最大扭矩相比又较低，所以电机输入功率最多仅有额定功率的三分之一，这是造成“大马拉小车”的主要原因。

其次，油田在选配电机时考虑油井工况异常，如砂卡结蜡时，不致因起动困难烧毁电动机，当油井负荷因修井等原因负荷变大时不频繁更换电动机，而人为的又增大了余量，加剧了“大马拉小车”这一现象。

常规抽油机低负荷运转造成电机效率低，功率因数低。抽油机的负荷呈周期性波动，电机转速波动，增加了电机的损耗。周期性的负功率大小与抽油机的平衡情况有关，但难以根除这一现象，负功率在抽油机电动机和电网之间流动，有功电能的吞吐增加了电机和电网的损耗，导致功率因数降低。

3 常规抽油机的节能潜力分析及对策

3.1 敏感性因素分析

影响抽油机井系统效率的因素包括地面部分和井下部分多方面的因素，地面部分因素包括抽油机类型、电动机类型和特性、冲程、冲次、平衡度、皮带、减速箱、井口油压、套压、盘根盒，井下部分因素包括管、杆柱组合、泵深、沉没度、运行摩阻、泵径、充满系数、杆管偏磨、原油粘度、气体、结蜡状况、地层供液能力。找出影响系统效率的关鍵性因素，地面、井下各环节综合考虑才能使抽油机系统达到更好的运行效果。

3.2 平衡方式

随着开采时间和井况的变化，抽油机井的平衡状态也随之变化，抽油机井系统的平衡度对抽油机井的系统效率影响较大，保持合理的平衡是抽油机井节能降耗的有效手段，研究新的平衡方式，实现随动平衡，使抽油机井运转过程中的平衡状态随负载的变化而调整，从而达到节能的目的。

3.3降低抽油机井悬点载荷

（1）降低动载

游梁抽油机的合理驱动在考虑其负载特点的同时，还要有利于机、杆、泵系统的配合，因此为适应常规抽油机的交变载荷，应该采用软特性驱动，尽可能采取低冲次运行，因软特性可以减缓换向加速度，降低惯性载荷和振动载荷，从而可以大大降低减速器的峰值扭矩。

（2）降低静载

采用轻质抽油杆可以大幅度降低抽油机井悬点载荷，因此有必要开展轻质柔性抽油杆的适应性研究。

3.4提高泵效

（1）研究提高抽油泵充满系数措施，如：安装气锚。对于油气比较高的井，使用气锚可提高泵的容积效率来达到提高系统效率的目的；

（2）加强降低冲程损失技术研究，研制安全可靠的油管锚定工具，降低冲程损失，提高泵效；

（3）以系统效率最大为目标，抽油机井优化设计软件为手段，利用现有的模拟试验设备，开展不同工况参数条件下常规抽油机井的系统效率评价试验研究工作。

4 认识

（1）抽油机的负荷特点决定了选用普通异步电动机来驱动，这种驱动方式不可避免地形成“大马拉小车”的现象。同时油田在选配电机时考虑油井工况异常，人为的增大了余量，加剧了“大马拉小车”这一现象。

（2）通过对抽油机井敏感性因素分析、研究合理的平衡方式、降低抽油机井悬点载荷、提高泵效率等技术，可以实现抽油机系统节能降耗，运转工况合理。

作者简介：

王自军；性别：男；出生：黑龙江省大庆市红岗区；籍贯：河南省；参加工作：1988年；学历：本科；工种：采油工种；工作单位：大庆市红岗区采油四厂一矿北三队

（作者单位：大庆油田有限责任公司第四采油厂第一油矿）