游梁式抽油机混合动力节能参数优化

谢 强，王广明，谭 雷

（渤海装备（天津）新世纪机械制造有限公司抽油机制造厂，天津 300280）

1 抽油机液压混合动力系统节能原理

1.1 节能系统组成

游梁式抽油机主要采用的节能系统为泵送液压混合动力系统，主要作用是减少电机轴上的能源悬挂点净转距的转矩波动率。其中，为了提高能源利用效率，可以充分利用电机上的额定容量，在节省能源的同时，最大程度提升其利用效率。除此之外，二级组件以及液压蓄能器、压力传感器等可以有效组成液压系统具有的液压能量。单向离合器主要位于电机和减速机之间，若将液压能量添加到单向离合器之上，能够稳定单相泵电机的传输功率。若游梁式抽油机只是将节能系统能量进行转移，是无法达到节能降耗效果的，两者之间无法达到一个平衡点，会加重能源的消耗。此外，电机是游梁式抽油机的核心元件，抽油机工作时电机产生的能耗，无形之中会加剧能源消耗[1]。

1.2 系统节能原理

对于整个系统来说，大负载状态下的抽油机形成的下冲，能够促进混合动力节能抽油机系统的增强，抽油机负荷率的增强，需要相应降低电机额定功率。但是以此为基础，会导致冷启动转矩无法正常运转。为了保证抽油机正常运行，抽油机必须要进入冷启动阶段。冷启动的流程包括如下部分。

首先，在启动过程中，需要发动机进行反演，减速器以及传导机制等进入关闭状态，单向的速度转矩需要保证离合器通过。此外，二次液压泵的开关组件主要是阀，阀位置的更换需要控制器来改变。最后，液压油泵空气蓄能器能够保证冷启动过程的顺利完成。

接下来进入冷启动阶段。该阶段的主要作用是将抽油机的电能转化为液压能源。冷启动必需依靠储存在汽车蓄电池中的能量，启动阶段的下冲需要连接单向离合器，变换转速方向。下冲抽水需要利用控制器调整辅助换向阀位置，以此上升液压马达以及驱动驴头等。为降低电机重力势能消耗功率，需要释放能量流，缓冲罐在液压泵的驱动下，最终转化下冲阶段电能，得到液压能源。

2 游梁式抽油机混合动力节能参数优化

2.1 抽油机井装机功率优化

目前，抽油机具有较低的电机功率利用率，长时间运用电机，导致抽油机电机功率急速下降。开采石油需要大量时间，并且工程期长，井下抽油工作一般在22 h 以上。而电机规定的正常工作时间在22 h 以内，如果开采时间高于22 h 会严重增加电机负荷功率。一旦负荷能力超出自身范围，会严重降低电机使用寿命。30%～60%是正常抽油范围区间，为维持正常石油开采工作，抽油井需要在井下长期工作。根据目前使用状况，抽油井的使用率已经高达60%以上，导致抽油机电机严重过载。为改善这种现象，使抽油机井装机功率更加优质，需要合理把控其使用时间，降低其使用率，将日常使用功率维持在40%左右。使其工作效率得到高质量提升的同时，延长抽油机使用时间。

2.2 关于游梁式抽油机平衡方式以及平衡度的优化

为了能够调节游梁式抽油机的平衡，达到节能降耗目的，为此要使抽油机的平衡度达到稳定状态，需要从以下几点入手。

（1）游梁式抽油机的使用，无法促进节能目标的实现，需要降低电机输入功率。因此需要从曲轴的中心线和对称曲柄配重中心线偏离的角度，顺时针右侧旋转曲柄位置死点滞后的相位角。输出扭矩曲线的输出需要曲轴保持在温和状态，以此实现节能降耗。

（2）如果冲击负荷存在较大周期性变化状况，负载波动会受到抽油机启动力矩影响，力矩越大，其打孔速度会越快。强大的动力能够为其改造提供强有力的支撑，在这一过程中，可以选用稀土永磁电机：一方面可以将扭距提供给电机，另一方面该类型电机用于抽油机中在一定程度上可以减少装机功率。

（3）可以相应优化调整连杆机构。在进行转矩变化泵送单元操作中，可以有效借助柔性连接件，其主要作用是收敛负荷曲线。因为受不断降低的转矩影响，能量消耗会过低。当能量流失去平衡时，则无法有效节约能源[3]。

2.3 提升井下抽油泵工作效率的方法

首先，为了能够优化抽油机井下抽油泵系统，使负载力能够在不同机器之间达到平衡状态，需要采用平均功率方法，维持抽油机的负载率在60%～80%。同时，还需要实时监测抽油机泵的磨损量，结合抽油机泵的日常工作特点和工作效率，不定时检查和调节皮带。在对设备进行严格管理和合理配置的同时，能够延长抽油机的使用寿命。

其次，为能够合理化保证油梁式抽油机的工作，可以优化调整抽油泵的结构。对现代天然气能源进行相应创新和改进，制造能够抵抗恶劣复杂环境的耐腐蚀泵。目前，游梁式抽油机存在使用寿命缩短、能源消耗大等问题，可以通过批量生产的方式，合理把控这些问题。游梁式抽油机中损耗较大的是控制杆管，对其参数做优化调整，生产与供应进行相应协调处理。在对其功率进行优化分配的同时，减少该类组件的消耗。

再次，日常维护和管理是必不可少的。运用化学加热方法清洗机器，能够降低抽油机的负荷量。与此同时，机械生产效率的控制，离不开压力控制。面对不同的维护和管理情况时，需要结合实际状况有针对性地进行调整。

最后，抽油机内设备和组件繁多，为稳固提升其机械效率，需要使组件的运行维持平衡。一旦处于失衡状态，电机得不到大量功率的维持，便无法进行正常工作，需要做好以下3个方面工作。

（1）电机型号的选择。需要考虑的因素包括电机运行功率特性以及工作时间，合理配置现有资源，降低资源损耗，有效提升其运行功率。

（2）通过技能培训，提高操作人员的反应以及维修能力，帮助工作人员能够正确安全操作抽油机，以此降低抽油烟机负荷量和耗能。

（3）运用现代科学技术手段，合理监测抽油机数据变化量。只有处于最佳运行状态的抽油机功率，才能够有效降低耗能[4]。

2.4 优化抽油机井生产参数

石油开采中，抽油机经历的每个环节都需要进行严格把控，通过合理控制和规划，才能够最大程度节约资源，降低能源消耗带来的不利影响。需要注意的是，不同油田使用的抽油设备也会有所不同，选择抽油设备要因地制宜。需要根据油田真实概况，适当选择抽油杆及抽油机。在后续开采过程中，也需要对抽油机的生产性能、井泵抽油机组件等相关设备，以及零件进行最优设计，维持各组成部分之间平衡，为石油开采工作保驾护航。

2.5 优化电机

2.5.1 降低电机损耗

当电机的运行状态处于额定负荷时，则电机整体运行是趋于节能的。要想使电机运行功率达到最大要求，需要降低处于工作状态时抽油机的输出功率平均值，使其小于其额定功率。简单来说，就是指电机的整体运行一直保持在较低的效率与功率的轻载运行模式。目前工作状态的抽油机，很大程度上出现能量流失。经过相关测试，发现某些发动机的效率不能得到完全发挥，最高只能达到70%。因此其具有巨大的节能潜力，为此，需要做到以下几点：首先，需要运用变频调速技术，有效改善相关机械性能，融合输出功率以及额定负荷，使两者达到完美配合，在此基础上完善泵、杆与电机之间的配合关系，最终达成节能、降低损耗以及运行效率；其次，不断推广使用高效电机，这种高效电机具有变频调速以及超高转差等特性，能够改善电机较低运行效率的弊端，在提高其装机效率的同时，能够减少能量耗损；最后，借助节能控制装置，结合实际电机运行概况，通过装置对其电压进行动态调节以及无功补偿，达成节能降耗目标[5]。

2.5.2 换向以及平衡损失

如果游梁式抽油机的保养状态趋于良好，则其换向部分就具有非常高的传动效率，为了取得良好的节能效果，需要调整换向部分结构且保持不变，反之，其节能效果便会较低。能量损失与平衡有着密不可分的关联，平衡越好越能帮助抽油机节能。目前，平衡方式包含游梁偏置以及调径变矩下偏等方式。运用该类方式时，能够将扭矩曲线点位峰值进行有效降低，使曲线的波动变得平缓，保持90%左右的节能平衡点，对抽油机进行相应的平衡调节后，其节能效果显著。

3 结论

目前游梁式抽油机作为油井开采工作中的重要设备，需要优化其混合动力，通过优化和调整抽油泵效率、扩容机井装机功率等工作，降低其能源消耗率，达到节能目的。