摘要：本文化工論文針對抽油機井能耗高的問題，在現場實驗的基礎上，對孤東油田目前應用的各項節能技術進行了分析及評價。對不同的節能產品，在不同井況下，其節能效果有很大差別，篩選出節能效果好的進行優化組合，取得了很好的節能效果。
　　關鍵詞：抽油機井；節能降耗技術；效果分析
　　游梁式抽油機是我國石油工業傳統的采油方式之一，也是迄今為止在采油工程中占主導地位的人工舉升方式。我國目前有8萬多口抽油機井，其能耗占油田總能耗的三分之一左右，是主要的耗能設備。所以，搞好抽油機井的節能降耗工作，是降低成本、提高經濟效益的必要條件和有效途徑。
　　針對抽油機井能耗高的問題，在現場實驗的基礎上，對孤東油田目前應用的各項節能技術進行了分析及評價。不同的節能產品，在不同井況下，其節能效果有很大差別，篩選出節能效果好的進行優化組合。通過評價試驗，新區方案設計應以節能抽油機為主，節能型拖動裝置為輔，并且匹配要合理；對于供液不足井，應采用調速電機、智能間抽技術。資料統計表明，智能間抽時平均日產油比連續生產時上升0.4t/d，平均日耗電量比連續生產時下降50kW.h。
　　1目前抽油機井上應用的節能技術
　　目前抽油機井上應用的節能技術主要是在地面部分，并且主要是針對抽油機的結構及其拖動裝置（電機和配電箱）的性能來開展的。抽油機節能技術分為兩類：一類是節能抽油機，其原理主要是通過降低減速箱峰值扭矩，使電機功率下降，包括雙驢頭抽油機、偏輪抽油機、下偏杠鈴抽油機、摩擦轉向式抽油機和擺桿式抽油機；另一類是對常規抽油機進行節能技術改造。抽油機拖動裝置節能技術也分為兩類：一類是節能電機，主要有永磁電機、高轉矩電機、變頻調速電機和一體化拖動裝置；另一類是節電箱，主要是控制電機定子繞組Y-△轉換調壓和采用功率因數控制器調壓以及無功功率補償。
　　我們將油田上推廣應用的節能技術，在定點的水力模擬試驗井上進行了測試。水力模擬試驗井能消除生產井的含水、油氣比、動液面和泵掛深度等因素影響，工作流程是以水為介質，在井筒和地面測試裝置中形成循環回路，抽油機負載可調，通過計量設備及儀器儀表對有關測試參數進行計量，在同等條件下，對待測產品及設備進行全面準確的能耗對比和評價。
　　2.1節能抽油機
　　我們對抽油機井在用的節能抽油機的節能效果進行了測試（表1）。
　　表1抽油機節電性能對比表
　　抽油機類型 主要結構特點 使用范圍 綜合節電率（%）
　　雙驢頭抽油機 變參數四連桿，尾軸軟連接 中低載荷、低沖次，平衡好 22.4
　　下偏杠鈴抽油機 曲柄，杠鈴復合平衡 中高載荷、低沖次，平衡好 20.1
　　摩擦換向抽油機 吊重平衡，鋼絲摩擦傳動 沖次、沖程連續可調 20.9
　　雙驢頭抽油機節能原理：該機以常規抽油機為基礎，對四連桿機構進行了改進，采用變徑圓弧狀游梁后臂，游梁與橫梁間采用柔性連接件等特殊結構。由于變參數四連桿機構的作用，使其扭矩變化接近正弦規律，靜扭矩波動較小，從而達到節能的目的。
　　下偏杠鈴抽油機節能原理：下偏杠鈴復合抽油機工作時，游梁偏置平衡重心的運動軌跡是一段圓弧，當重心處于游梁回轉中心的水平線上時，其重力矩最大；當重心處于回轉中心的垂直線時，其重力矩最小。利用這一變矩原理與曲柄平衡共同作用，可有效削減峰值扭矩，改善抽油機曲柄軸凈扭矩曲線的形狀和大小，使其波動平緩，并且消除負扭矩，減小抽油機的周期載荷波動系數，提高電動機的工作效率。
　　摩擦換向抽油機節能原理：摩擦換向抽油機工作時，以功率因數cosφ=1的開關磁阻電動機為原動機，使用智能模擬及數字混合控制，采用摩擦輪傳動作為工作機構，機械傳動路線短、效率高，實現了正反轉換向，啟動換向平穩、沖擊小，且沖程、沖次均可獨立無級調節，控制抽油桿上行及下行速度，有效地降低了電動機輸出扭矩的峰值，再加上直接平衡的作用，最終實現降低電機功率的目的。
　　2.2節能拖動裝置
　　2.2.1節能電機
　　目前約70％的抽油機電機平均負載率小于40%，運行效率低于80%，“大馬拉小車”現象較為普遍，使配電線路的功率因數降低，配電線路網損增大。造成這一現象的原因為：游梁式抽油機是一個四連桿機構，啟動時靜載力矩較大，正常工作時驢頭懸點載荷是交變的，其負荷特性也是交變的，電機的電流、功率、功率因數隨著抽油桿上下沖程的變化而變化。為了克服啟動時負載的靜載力矩，對于普通的Y系列電機只得加大容量，這就造成了“大馬拉小車”。為解決這一問題，應用了高轉矩電機、超高轉差電機、永磁同步電機、一體化拖動裝置等節能技術。各種節能電機節電原理如下：
　　①高轉矩電機是機座為一整體式、內部為獨立雙定子結構、轉子同軸的復式電機。該電機啟動時為雙電機工作，啟動后正常工作時，只用一臺單機工作。電機可在外電路控制下，依負載變化而自動停止或啟動。
　�、诔�高轉差電機通過增加轉子電阻提高電機的轉差率，使電機在重負荷時速度下降，扭矩增加；輕負荷時速度上升，扭矩減小，速度變化范圍大于12%。該電機啟動電流小，啟動扭矩大，裝機容量和普通電機相比降低約40%。
　　③永磁同步電機采用異步啟動、同步工作方式，由于轉子轉速與定子旋轉磁場完全同步，無轉差損耗，且轉子不需外加勵磁電源，無勵磁損耗，因此具有功率因數高，啟動力矩大等特點。不同的節能產品，在不同工況下，節能效果存在很大差別。
　　2.2.2節電箱
　　節電箱節電原理及特性如下：
　�、匐姍C定子繞組Y-△轉換技術。主要是通過自動控制實現電機Y-△轉換，從而提高電機負載率，同時以電流、電壓為取樣元，作為電機過載、缺相等保護的控制信號，并跟蹤反饋，使電機輸入功率隨負載的變化而同步變化，強制降低電機的有功和無功損耗，從而達到節電的目的。當定子繞組△接時，繞組端電壓為380V；當定子繞組Y接時，繞組端電壓為220V。繞組端電壓下降了，相應的負載率就增加了。
　�、诠β室驍悼刂破髡{壓技術。主要是采用單片機實時檢測功率因數，自動控制雙向可控硅的開啟角來調節電機的供電電壓，從而達到節電的目的。該技術對負荷的適用范圍比較大，使電機既可以全壓啟動又能降壓運行，電機始終在高負荷狀態下運行，提高了功率因數。但是在實際應用過程中節電效果不太理想，主要原因是電壓的變化速率跟不上電流的變化速率。另外，由于可控硅引起電流產生諧波，受瞬變電勢和瞬變電流的影響，引起電機發熱和振動，影響了節電效果。
　　③無功補償技術。主要是采用加裝一定容量的電容器對電網進行無功補償，消除無功電流以提高功率因數，降低供電變壓器負荷，從而降低網損達到節電的目的。目前這種技術應用比較廣泛，效果也較好。
　　3節能技術在抽油機井上的應用效果
　　不同的節能技術在一定的條件下都具有節能效果，但并不是將所有的節能技術用在一起，節能效果就最好，而是需要綜合考慮節能產品的合理優化組合，才能收到最佳的節能效果，獲取最大的經濟效益。
　　3.1新井合理選擇抽油機井節能產品
　　采用節能型抽油機與節能拖動裝置后，在節能拖動裝置與節能型抽油機功能互補的情況下，最終節電率小于二者之和；而在二者不能達到功能互補的情況下，最終節電率將低于節能效果最好的設備甚至無節能效果。
　　現場試驗證明，偏置機＋高轉差電機的效果不如偏置機＋普通電機的效果好，甚至無節能效果。
　　在模擬試驗井上進行了節能抽油機＋節能電機＋節電箱的組合評價試驗。
　　試驗表明，雙驢頭抽油機＋節能電機＋調壓箱的疊加效果低于雙驢頭抽油機＋YMJ電機＋普通控制箱的節能效果。原因在于節能電機及節電箱都是在電參數上進行了改進或優化，疊加使用時因功能重復而互補性少甚至相互抵消。
　　3.2供液不足井的節能降耗
　　在供液不足井上應用抽油機智能間歇節電控制裝置，該裝置是利用短波吸收原理，自動采集出液管內的氣液比，當出液管內的氣液比大于75％時整時停機。
　　統計有對比資料的8口井，智能間抽時平均日產油比連續生產時上升0.4t/d，平均日耗電量比連續生產時下降50kw•h。不僅達到了增油降耗的目的，而且解決了因液面抽空造成抽油泵干磨，使檢泵周期縮短的問題，使生產管理更具科學性。
　　4論文結論與認識
　�、倌壳皯�用的節能產品在不同井況下其節能效果有很大的差別，電機的負荷率越低，節能效果越好，反之越差。②新區方案設計應以節能抽油機為主，節能型拖動裝置為輔，并且其匹配要合理。③對于供液不足井，宜采用調速電機、智能間抽技術，可以取得較好的節能效果。統計資料顯示，智能間抽時平均日產油比連續生產時上升0.4t/d，平均日耗電量下降50kW•h。
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