邱偉，李濤，王喜軍

（中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機(jī)械制造分公司，遼寧 盤錦 124010）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對能源需求量越來越高，尤其對石油資源進(jìn)行了大力開發(fā)，這樣就進(jìn)一步提升了相關(guān)機(jī)械設(shè)備的使用頻率。現(xiàn)階段，對石油資源進(jìn)行開采的過程中，抽油機(jī)這個機(jī)械設(shè)備必不可少，但是，在對抽油機(jī)進(jìn)行應(yīng)用過程中消耗大量的能源，這種設(shè)備在運(yùn)行功率上也比較大，所以會消耗較多的資金。要想節(jié)約資源，減少資金投入，做好節(jié)能降耗工作，需要對抽油機(jī)給予高度關(guān)注，應(yīng)用有效的節(jié)能降耗技術(shù)，減少抽油機(jī)能耗，以此推進(jìn)油田開發(fā)工作的全面開展，提升石油資源的開發(fā)質(zhì)量。

1 相關(guān)理論概述

在采油成本中，抽油機(jī)設(shè)備能耗占據(jù)著較高的比重，對采油工作進(jìn)行開展的過程中，主要能耗表現(xiàn)在向井下注水的過程中，為了能夠提高油層的高度，往往需要消耗大量的能源。現(xiàn)階段，抽油機(jī)配備的電動機(jī)總?cè)萘考s為3500mw，每年耗電量巨大，需要以百億千瓦時進(jìn)行計(jì)算。對于我國抽油機(jī)來說，其運(yùn)行效率僅能夠達(dá)到25.96%?？梢缘弥?，抽油機(jī)節(jié)能改造勢在必行。在油田能耗中，輸油泵以及潛油泵等也占據(jù)著較大的能耗比例。針對油田系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)工程中，尤其要對抽油設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過取得滿意的節(jié)能效果，才能夠促進(jìn)油田的健康發(fā)展。目前，我國對于抽油機(jī)以及相關(guān)輔助設(shè)備作出了相應(yīng)的改造和創(chuàng)新，也對不同類型的節(jié)能抽油機(jī)進(jìn)行了研究，并且，對節(jié)能控制箱以及電動機(jī)進(jìn)行了研究，這對抽油機(jī)節(jié)能降耗奠定了基礎(chǔ)。

2 抽油機(jī)功率的影響因素

2.1 抽油機(jī)設(shè)備的影響

通過分析能量守恒定律可知，能量不會無緣無故減少，也不會憑空產(chǎn)生，所以說，抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)功率與給定能量、損失能量存在著密切的聯(lián)系。如果想對抽油機(jī)的功率進(jìn)行提升，需要對能量損失進(jìn)行有效減少。經(jīng)過分析抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可知，抽油機(jī)的能量損失一般和盤根盒、電機(jī)熱量損失以及減速箱息息相關(guān)，這些位置的摩擦又或者是形變都會造成能量損失，即使這部分損失值不大，但是，通過疊加也會占據(jù)很大比例，所以需要針對各個組成部分進(jìn)行深入的研究，盡可能減少能量損失，提升系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。

2.2 抽汲參數(shù)的影響

通過大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，對于抽油機(jī)系統(tǒng)來說，在運(yùn)行效率方面與抽吸參數(shù)有著密切的聯(lián)系。當(dāng)外界環(huán)境相同的情況下，經(jīng)過減少抽油機(jī)沖次內(nèi)容，在很大程度上能夠?qū)Τ橛蜋C(jī)系統(tǒng)效率進(jìn)行提升。在具體采油的過程中，應(yīng)該優(yōu)先考慮長沖程、低沖次以及大口徑的抽油機(jī)，這樣能夠在實(shí)際工作中減少能耗，系統(tǒng)的運(yùn)行效率也能夠得到提升。

2.3 抽油機(jī)管理情況的影響

對于油田進(jìn)行開發(fā)的過程中，針對機(jī)械設(shè)備需要做好管理工作，這樣能夠在整體上提升機(jī)械設(shè)備運(yùn)行效率。在石油資源進(jìn)行開采的過程中，如果地面部分未能夠得到科學(xué)管理，在很大程度上會導(dǎo)致抽油機(jī)系統(tǒng)損失增加，不利于抽油機(jī)運(yùn)行效率的提升，從而導(dǎo)致能源消耗過大。對地面情況進(jìn)行管理時，應(yīng)該對各方面的實(shí)際情況進(jìn)行有效控制，比如，舉升高度要合理，保證抽油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，減少能源損失。

在現(xiàn)階段來看，對于抽油機(jī)能耗問題，很大一部分原因與管理不當(dāng)相關(guān)，這部分因素是可以完全避免的，通過優(yōu)化管理方式能夠降低能耗，提升抽油機(jī)工作效率。

3 抽油機(jī)節(jié)能降耗分析

3.1 改造常規(guī)抽油機(jī)

在現(xiàn)階段來看，在油田中，游梁式抽油機(jī)比較常用，這種類型的抽油機(jī)性能比較穩(wěn)定。由于大部分游梁式抽油機(jī)未能夠達(dá)到使用壽命期限，如果更換為節(jié)能型抽油機(jī)，將會造成大量的資源浪費(fèi)。對于游梁式抽油機(jī)來說，通過平衡效果能夠取得一定的節(jié)能降耗效果，在具體改造時，一般會對其進(jìn)行異相游梁平衡，這樣可以對原油機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行保留，在改造之后，抽油機(jī)減速器的工作扭矩也會隨著泵徑的減小而減小，可以滿足小泵深抽的要求。在改造之后，不僅抽油機(jī)能夠取得滿意的節(jié)能降耗效果，同時，對相關(guān)零部件的使用年限也能夠進(jìn)行延長。

對于下偏杠鈴式抽油機(jī)來說，主要工作原理為復(fù)合平衡原理，經(jīng)過調(diào)徑變矩能夠取得滿意的游梁平衡效果，在具體改造過程中，一般以常規(guī)抽油機(jī)為前提。在游梁式抽油機(jī)游梁尾部，可以設(shè)置一個杠鈴，而杠鈴則要具有一定的重量，達(dá)到一定的下偏角度，將杠鈴中心出于游梁支撐中心以下。對于杠鈴來說，主要組成由多個圓形鑄件，與軸、游梁連接在一起。在改造時，可以利用連桿、支架、橫梁以及變速箱等設(shè)備的空間，優(yōu)先考慮使用原有部件以及結(jié)構(gòu)，這樣可以對改造工作量進(jìn)行減少，還能夠節(jié)約成本。

對于雙驢頭式抽油機(jī)來說，通過改變抽油機(jī)扭矩因素，能夠增強(qiáng)平衡效果，在具體改造的過程中，針對游梁后臂的長度要進(jìn)行控制，如果負(fù)載比較大，那么平衡力距也就比較大，如果平衡力矩較小，此時，負(fù)載也比較小。對于雙驢頭抽油機(jī)來說，通過在原有的基礎(chǔ)上設(shè)置后驢頭，可以作為四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)改造，柔性連接結(jié)構(gòu)連接于油梁以及橫梁，變化連桿長度，變化曲柄轉(zhuǎn)角，這樣的四桿結(jié)構(gòu)可以滿足新型動力抽油機(jī)的要求。當(dāng)這種類型的抽油機(jī)在實(shí)際工作中，載荷扭矩曲線比較接近正弦變化，而曲柄平衡扭矩曲線與余弦變化規(guī)律比較貼近，這兩者的變化規(guī)律是相反的，能夠相互抵消，以此能夠減少曲柄凈扭矩的波動，最終能夠起到節(jié)能降耗的效果。

3.2 基于Y系列改造電動機(jī)節(jié)能

對于抽油機(jī)中的電動機(jī)而言，在運(yùn)行的過程中，輕載維持的時間較多，這樣就會造成電能浪費(fèi)。對電動機(jī)進(jìn)行改造時。

（1）針對常規(guī)Y系列電動機(jī)，可以對其高扭矩進(jìn)行適當(dāng)改造。在實(shí)際改造時，線圈匝數(shù)應(yīng)該合理地減少，對導(dǎo)線截面積進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)大，這樣可以對電動機(jī)扭矩進(jìn)行增大，旋轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)度也能被提升。在這樣的改造方法下，費(fèi)用相對較低，不過也存在一定的局限性，由于匝數(shù)減少，將會造成激磁電流增大，對節(jié)能效果會產(chǎn)生不利影響。

（2）針對常規(guī)電動機(jī)實(shí)施永磁性改造。對于電動機(jī)轉(zhuǎn)子需要更換，使用永磁鐵轉(zhuǎn)子進(jìn)行代替，轉(zhuǎn)子自身次磁場的強(qiáng)度較大，電動機(jī)功率的因數(shù)能夠被提升，定子電流以及定子電阻可以被有效減少功率損耗。對于永磁電動機(jī)而言，其改造資金比較多，不過，所取得的節(jié)能效果比較理想，在啟動力矩以及過載能力時，有著較明顯的優(yōu)勢。

（3）針對常規(guī)電動機(jī)來說，可以對雙繞組進(jìn)行改造，合理地調(diào)整原定子線圈，使其存在形式為單槽內(nèi)雙線圈，具有兩套繞組，一組為啟動繞組，另一組為工作繞組，這樣能夠具有啟動功率以及運(yùn)行功率的特性，進(jìn)而滿足抽油機(jī)啟停需求。在整個控制系統(tǒng)中，還要對Y-△轉(zhuǎn)換進(jìn)行使用，結(jié)合負(fù)載的具體需求，對電動機(jī)運(yùn)行功率進(jìn)行切實(shí)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過兩套繞組調(diào)整為△形式，這樣可以在處于50%負(fù)載率的情況下，滿足抽油機(jī)在電動機(jī)轉(zhuǎn)矩方面的需求，在負(fù)載率低于30%情況下，繞組可以調(diào)整為Y形，在抽油機(jī)負(fù)載的變化下，電動機(jī)的功率也會隨之改變，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。

3.3 改造配電箱節(jié)能

對抽油機(jī)配電箱進(jìn)行改造時，一般可以從兩方面著手：（1）在改造配電箱改時，需要圍繞抽油機(jī)負(fù)載變化，對電動機(jī)的輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；（2）對無功補(bǔ)償控制箱進(jìn)行改造，以此提高電動機(jī)的功率因數(shù)，提升供電質(zhì)量。對于控制箱來說，主要是利用單片機(jī)，根據(jù)抽油機(jī)負(fù)載的變化對電壓進(jìn)行實(shí)時切換，讓電動機(jī)端的電壓能夠與負(fù)載變化相適應(yīng)，使得抽油機(jī)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。除此之外，對于可控硅控制、微處理器采樣要進(jìn)行無觸點(diǎn)切換，即使處于Y或者△連接狀態(tài)下，抽油機(jī)也能正常工作，這樣控制箱的工作壽命可以被延長。就調(diào)壓控制箱而言，其節(jié)電原理主要是在電動機(jī)輕載的狀態(tài)下，對電動機(jī)端的電壓進(jìn)行降低，使得磁通量被減少，這樣可以提升電動機(jī)的運(yùn)行效率，而不需要改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，減小了輸出扭矩，電動機(jī)的負(fù)載率得到了減小。對于無功補(bǔ)償控制箱而言，在電動機(jī)輸入端，經(jīng)過對一系列電容器進(jìn)行并聯(lián)，借助微處理器，可以對無功補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)一步優(yōu)化電動機(jī)功率的因數(shù)。

4 抽油機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)措施

4.1 配置合理的電動機(jī)裝置

對于抽油機(jī)來說，在正式投入使用之前，相關(guān)人員應(yīng)該對抽油機(jī)的運(yùn)行效率進(jìn)行充分的把握，使其在采油過程中能夠發(fā)揮應(yīng)有的效果，根據(jù)抽油機(jī)的具體配置情況，需要對電動裝置進(jìn)行合理的安裝，還要對抽油機(jī)中的電動機(jī)設(shè)備進(jìn)行改造，盡可能降低抽油機(jī)運(yùn)行方面的問題發(fā)生概率，在此基礎(chǔ)上，企業(yè)也應(yīng)該根據(jù)實(shí)際工作需求，對抽油機(jī)裝置進(jìn)行合理的選取，在電動機(jī)運(yùn)行過程中，確保能源咨詢的消耗量得到有效減少，針對抽油機(jī)中的電動機(jī)性價比也應(yīng)該進(jìn)行提升，這樣能夠保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，對于電動機(jī)裝置進(jìn)行合理應(yīng)用，也能夠有效地控制抽油機(jī)運(yùn)行模式；對抽油機(jī)運(yùn)行電容進(jìn)行合理的補(bǔ)償，在根本上能夠降低抽油機(jī)運(yùn)行過程中的能源損耗。

4.2 減少皮帶傳動損失

在抽油機(jī)組成中，皮帶是重要的組成部分之一，在傳送皮帶運(yùn)行的過程中，將會影響抽油機(jī)運(yùn)行效率，如果傳送皮帶長時間處于運(yùn)行狀態(tài)，在很大程度上容易出現(xiàn)故障，進(jìn)而影響抽油機(jī)的運(yùn)行效果。要想對此進(jìn)行改善，需要對傳統(tǒng)的傳送帶進(jìn)行更換，一般可以采用窄型v帶，確保傳送皮帶的大小輪保持四點(diǎn)一線的狀態(tài)，在這樣的方式下，皮帶的松緊度能夠得到有效的保證，還可以減少皮帶傳送的能量損失，進(jìn)一步提升了抽油機(jī)節(jié)能效果。對于盤根盒來說，也需要進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。在使用不同的潤滑油時，能源損耗方面存在很大差異。一般來說，可以使用石墨烯類的材料，這樣能夠起到節(jié)能效果。

4.3 保證機(jī)采設(shè)備系統(tǒng)配置水平

在抽油機(jī)運(yùn)行的過程中，系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行模式具有很大的影響。為了能夠改善抽油機(jī)節(jié)能效果，需要針對抽油機(jī)配備相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)備，根據(jù)機(jī)采系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況分析電壓變化，在此基礎(chǔ)上對機(jī)采設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過加大機(jī)采系統(tǒng)設(shè)備的控制力度，可以取得一定的節(jié)能降耗效果。通過合理地提升油氣采集速率，也能夠節(jié)約能耗。

在采集油氣的過程中，如果出現(xiàn)地層供油不足的情況，此時，可以利用機(jī)采設(shè)備系統(tǒng)，以此保證油氣采集工作的順利開展，確保抽油機(jī)運(yùn)行的連續(xù)性，避免重啟抽油機(jī)造成能源損失。

4.4 強(qiáng)化抽油機(jī)操作人員的節(jié)能意識

為了能夠?qū)Τ橛蜋C(jī)整體的節(jié)能效率進(jìn)行提升，對抽油機(jī)操作人員需要強(qiáng)化他們的節(jié)能意識，在實(shí)際工作中，能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行全方位的掌握，確保相關(guān)人員根據(jù)具體的流程規(guī)定科學(xué)操作抽油機(jī)，使抽油機(jī)能夠在石油開采中實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的價值。不僅如此，對抽油機(jī)操作人員也要進(jìn)行培訓(xùn)，使其節(jié)能意識得到進(jìn)一步強(qiáng)化，提升他們的專業(yè)技術(shù)水平，在節(jié)能降耗方面發(fā)揮積極的作用。在抽油機(jī)運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)問題，相關(guān)人員能夠應(yīng)用自身掌握的理論知識解決實(shí)際問題，保證抽油機(jī)整體運(yùn)行效率得到提升。

對于采集作業(yè)來說，需要有不同專業(yè)的人員共同負(fù)責(zé)，采集作業(yè)還不能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動化，這就要求相關(guān)工作人員對操作流程進(jìn)行全面掌握。在節(jié)能降耗方面，需要將相關(guān)培訓(xùn)工作落到實(shí)處，使作業(yè)人員能夠掌握相關(guān)知識，規(guī)范自己的行為，對不同作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集，科學(xué)調(diào)整作業(yè)狀態(tài)，尤其要對無關(guān)設(shè)備進(jìn)行及時關(guān)停，這樣能夠減少能源損耗。

5 結(jié)語

綜上所述，對于抽油機(jī)來說，為了能夠取得滿意的節(jié)能降耗效果，需要充分地認(rèn)識到抽油機(jī)節(jié)能降耗的相關(guān)影響因素，立足于抽油機(jī)實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行針對性的改造，積極應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，也需要做好抽油機(jī)設(shè)備管理工作，確保每個環(huán)節(jié)都能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。除此之外，企業(yè)也需要對實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行充分的掌握，結(jié)合采油工作的實(shí)際情況，制定可行的節(jié)能方案，以此保證抽油機(jī)取得滿意的節(jié)能效益。