抽油机节能技术应用和常见问题的分析及应对策略

李 岩 马军岭

(中国石化河南油田分公司采油二厂，河南唐河 473400)

我国经济的快速发展使得各项技术得到了大力发展，尤其是节能降耗技术。随着各类节能降耗技术的快速发展，其在各行业以及各企业中的应用范围不断地在扩大[1]。在油田企业中，抽油机对于能源的消耗很大，所以文章将油田抽油机节能降耗技术及应用作为探讨对象。文章分析了油田抽油机能耗高的各种原因，并且探讨了油田抽油机的各种节能降耗技术及应用。

1.专用变频节能技术应用

1.1 常用抽油机问题

现阶段油田石油开采过程中使用的抽油设备多为游梁式抽油机，该种抽油机类型在市场上最为多见，但是在使用过程中仍然存在一定问题。游梁式抽油机在使用过程中需反复上下提升，每个冲程提升一次，滑块提升采油机杆进入井内，滑块下降采油机杆将油带出，这种情况下当滑块再次下降其负载逐渐降低，其拖动能量小无法吸引电动机，使电动机处于重复发电状态，多余电量会丧失导致功率降低。而高压冲击多次会造成电动机出现损坏，由于设备维修成本较高，因此影响抽油机的节能降耗目标[2]。

1.2 专用变频节能改造注意事项

现阶段交流变频调速技术已经被广泛应用于提高采油率降低电能耗中，情况下可以充分利用其节能性以及调速性实现电能调节。针对游梁式抽油机专用变频节能技术改造是实现抽油机节能的关键，这部分改造重点在于两方面，其一，加强电网质量，降低抽油机工作中对电网产生的不良影响。其二，主要是通过变频改造实现节能目标。在开展抽油机变频节能改造中需要充分重视以下几点：a：严格依照抽油机大转矩的特点已经改造，防止出现电流过大情况。而且当采油过程中其负荷会随着抽油机的滑块下降而逐渐下降，使电机进行反复发电。作用于变频器上的电能会通过转化形成直流电，以此保证母线电压。这种情况下需要加大对电压控制，防止电压过高，导致主要线路以及相关器件损坏。以电解电容和功率模块为例，在开展变频过程中需添加制动回路，照样可以保证再生电压作用于设备零气价后不对其造成损害。b：由于抽油机在采油过程中往往处于环境较为恶劣的地理环境，情况下需要科学选择变频器，保证变频器具有较高的抗外界风险能力，对变频器进行双层式控制柜设计，在设计过程中融入自动控制系统，通过自动控制系统可有效依据外界环境变化进行温度调整，使变频器永远能够在适宜环境下工作[3]。

1.3 专用变频节能技术优势

将传统抽油机改造为专用变频节能抽油机可以保证抽油机的启动方式由硬启动逐渐转变为软启动，使启动电流减小的情况下延长设备使用寿命。除此之外极大程度提高抽油机电机的功率；在减小损耗的同时可以有效降低作用于变压器以及电网上的电流；具有较强的通用性，可以应用到不同环境，不同条件下石油开采工作；抽油机施工过程中变压器可以利用短路或者过压等情况保护电机不受影响，使电机处于正常运作状态；调节抽油机冲程过程中可实现无极调节，保证调节范围在抽油机不允许范围内；在操作过程中具有更高的便捷性，利用控制面板实现相关参数的改变输入。

2.变频节能技术问题以及策略

2.1 问题分析

变频技术是抽油机节能发展中重要技术之一，对抽油机性能以及使用情况进行协调完善。但是在变频节能技术应用中同样也存在着诸多影响因素。例如倒发电现象，控制管理缺少集中性，故障维修情况以及节能情况。这些问题都会在一定程度上影响变频节能技术的应用。现阶段变频器多应用在抽油机软启动调冲，调速，这种情况极大程度降低了抽油机的节能效果，因此需要积极加大节能策略研究。通过有效的节能策略，进一步提高变频节能技术在抽油机中的应用价值。

2.2 策略讲解

在抽油机上安装变频器，并且降低电动机运行频率以及电动机转速。这样可使每个冲程的时间均延长，可以达到一定节能作用，通过相关实际中的应用，该种策略可以有效实现15%～30%节能作用。除了在抽油机上安装变频器之外，还可以对冲方式进行改变，实际油田开采过程中需要对井内的油水比例进行充分确定，结合游梁式抽油机抽油的运行特点。科学设置上冲程以及下冲程频率，依据冲程需要科学地对电动机转速进行调节，使抽油机下降速度快，上升速度慢，这种情况可以极大程度实现电能节约，除此之外更加利于油田开采过程中的油水比例调整，以此提高石油开采产量。该种方法在实际应用过程中对40台游梁式抽油机进行变频节能技术改造，改造后的抽油机与改造之前的传统抽油机耗能情况相比，电能消耗低于后者38%，且计算机产油量有所提高，因此该技术应用的实际效益具有一定可观性[4]。

3.节能新技术应用

3.1 高转差率电动机的应用

抽油机因工作要求特殊，配套拖动装置要同时达到3个“最大”要求— 最大行程，最大冲次和最大允许挂重。在这些条件下，就会产生很大的堵转转矩，从而导致抽油机的静态不平衡问题。在某些情况下，当达到某一临界点后，由于功率裕度不足而使抽油机不能继续工作，这时就必须提高其输出功率或增加后备能力。抽油机在正常工作时，电动机的额定功率与输出功率之比一般不超过20%或30%左右；若将这部分能量回收利用，则可节约大量电能。对于一般的电动机来说，这种运行效率及功率因数尤其低下。对于高转差率多速电动机而言，因其曲线平缓，当负载发生变化时，其数值变化较小，又因机械效率及功率因数比普通电动机高，使有功功率减小而功率因数增大。抽油机启动快，运行平稳，因此，可以减少抽油机减速箱扭矩。因此，在油田中广泛使用。抽油机采用高转差率电机是其主要特点之一。高转差率电动机机械特性造成抽油机悬点处最大载荷下降，抽油泵向上转速变慢，抽油杆弹性变形变小，导致抽油泵填充系数变大，吸液量变大，每冲次来油变多，单位液耗电能下降。

3.2 抽油机的合理选型与适配

以《能耗最小的机采系统设计理论》为基础，运用能耗最小的10种机采系统设计程序，以预测井内目标产液量，含水率，动液面为出发点，确定地面脱气原油黏度及原油析蜡温度等参数，得到井底原油的物理参数并确定油层中部温度及地表温度等参数，从而选择抽油机型号。通过理论分析初定机采系统油管管径、抽油泵泵径、下泵深度、抽油杆材质、杆柱结构、抽油机冲程，冲次等范围，寻找所有能满足产液量要求的组合方式，为新建投油井优化管柱布置，并优选抽油机型号，做到设备合理选择与适配。从2022年1月起，古城油田选择20口新油井进行测试。通过设计和优化，选取宽带链条换向抽油机WCYJD8-8-13Z作为试验机型，单从抽油机能耗分析，取得较好的节能效果。优化前单井实测平均功率为14.67千瓦。优化后单井平均实测功率为7.38千瓦。单井平均节省功率为7.29千瓦。单井年平均节电31930.2度，平均节电率49.69%。

3.3 长冲程抽油机的节能技术

长冲程抽油机系统由地面部分和井下部分组成。接地部分由电机、配电箱、冠轮、导向架、柔性绳、绞车等组成。组合抽油杆使用在柔性光杆下方。1000米地下φ 58毫米刮蜡器每40米安装一个。长冲程油井泵:多级管状泵，长50米，柱塞1.2米，一级，深1400米。长冲程抽油机通过电动机的正转与反转来带动滚筒的正转与反转来驱动柔性光杆做上下往复移动，柔性光杆驱动井下抽油杆，抽油泵做往复移动来完成抽汲作业的全过程。因此，长冲程抽油机可实现连续采油或间歇采油。长冲程抽油机采用三相异步电动机并应用了变频控制系统，其额定功率达30千瓦,基本符合普通游梁式抽油机所采用电动机的机型及功率要求。节能原理主要表现为抽油机电动机上冲程时作正功，消耗电能大约为98%，下冲程及等待时间电动机作负功或不作功，消耗电能为2%左右。匹配基础的安装规范，做到与抽油机基础的普适性；对老井进行技改设计，确保长冲程抽油机的基础能够和原有的基础相匹配；对新井进行长冲程的抽油机专用基础的设计，确保其使用的安全性。

3.4 游梁式抽油机节能技术

当前游梁式抽油机所用动力设备多倍三相异步电机中，这种电机属感性负载类型。感性负载电动机在空载或轻载状态下运行效率较低。电机处于轻载状态时，由于电机的输入电压降低，使异步电动机反电动势减小，主磁通增大，激磁电流增加，而磁化电流则随铁芯饱和程度的加深而减少。负荷电流减小，同时铁耗正比于输入端电压，铜损正比于磁化电流。感性负载电动机在空载和轻载情况下都能工作。采用负载电阻是提高其起动性能的有效措施之一。电机在轻载状态时，由于电机的输入电压比异步电动机大很多，因此产生了较大的反电动势和主磁通，使其激磁电流增大，从而导致磁化电流增加，使得铁芯上的负载电阻变大，造成电机的电抗值变大，影响电机的功率因数；负荷电流有所降低，而铁耗与输入端电压成正比，铜损与磁化电流成正比。

4.总结

油田开采是我国实现能源自由的重要渠道，而我国近年来加大了油田开采力度，但是在油田开采过程中存在一定的问题，这种问题主要体现在低效率，高耗能情况，电能消耗水平与石油开采量不成正比，导致电能消耗过大。抽油机专用变频节能技术可以有效提升抽油机出油产量，同时还可以有效减少电能消耗，但是在变频节能技术改造过程中需要充分结合抽油机实际性能进行操作，只有这样才能充分实现变频节能目的，减少电能消耗。