周勇（新疆油田工程技術(shù)研究院）

抽油機(jī)液壓節(jié)能裝置

周勇（新疆油田工程技術(shù)研究院）

為降低常規(guī)型游梁式抽油機(jī)能耗，研制了抽油機(jī)液壓節(jié)能裝置。該裝置通過抽油機(jī)游梁上下行的做功變化而儲能釋能，有效地改善了抽油機(jī)的平衡效果，消除了發(fā)電態(tài)負(fù)功對抽油機(jī)的不良影響并將負(fù)功余能再生使用，降低了抽油機(jī)的能耗。在新疆油田應(yīng)用 50臺，經(jīng)測試平均有功節(jié)電率為22.04%，無功節(jié)電率為 39.54%，綜合節(jié)電率為15.43%。

抽油機(jī) 液壓節(jié)能裝置 節(jié)能原理

常規(guī)游梁式抽油機(jī)存在“大馬拉小車”和能耗高的問題，為克服這一問題，新疆油田對游梁式抽油機(jī)進(jìn)行了平衡改造，一是在曲柄上加平衡塊即曲柄平衡，二是在游梁尾端加平衡塊即游梁平衡，三是在曲柄和游梁尾端都加平衡塊即復(fù)合平衡。通過這三種方式的平衡改造，抽油機(jī)平衡度得到了有效的改善，從最初的平衡度合格率不到 30%提高到了現(xiàn)在的 70%以上，電動機(jī)平均有功功率明顯降低。但無論采用哪種平衡改造方式，抽油機(jī)載荷扭矩曲線始終是非規(guī)則曲線，導(dǎo)致電動機(jī)仍存在較大的峰值功率和反發(fā)電現(xiàn)象，不能達(dá)到最佳的節(jié)能效果，因此研制并應(yīng)用了能夠?qū)⒊橛蜋C(jī)負(fù)功能量回收利用的 液壓節(jié)能 裝 置[1-2]。

1 結(jié)構(gòu)組成與工作原理

抽油機(jī)液壓節(jié)能裝置由機(jī)械液壓總成和電控總成兩部分組成，機(jī)械液壓總成包括液壓缸、液壓蓄能器、液壓集成塊、液壓缸支架和上下鉸接機(jī)構(gòu)，可安裝在抽油機(jī)的前段或后端。

電控總成由 DSP微處理芯片、數(shù)據(jù)采集電路和控制電路組成。DSP微處理芯片負(fù)責(zé)運(yùn)算和實(shí)施節(jié)能策略、采集抽油機(jī)曲柄位置信號、電動機(jī)電流電壓、電動機(jī)功率和蓄能器壓力信號，通過分析這些信號后，作出液壓缸回收或釋放的決策，見圖1。

液壓節(jié)能裝置通過液壓缸活塞桿的上鉸座與抽油機(jī)游梁進(jìn)行連接，安裝在抽油機(jī)前端時，抽油機(jī)游梁下行時，推動液壓缸活塞桿向下運(yùn)動，液壓缸內(nèi)部的油液進(jìn)入液壓蓄能器，機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，?shí)現(xiàn)能量儲存；抽油機(jī)游梁上行時，液壓蓄能器內(nèi)的油液流向液壓缸，推動液壓缸活塞向上運(yùn)動，液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，實(shí)現(xiàn)能量釋放，輔助推動抽油機(jī)的游梁上行；安裝在抽油機(jī)的后端時，液壓缸活塞桿運(yùn)行方向與液壓節(jié)能裝置安裝在抽油機(jī)前端時相反。

圖1 液壓節(jié)能裝置工作原理圖

2 節(jié)能原理

假定液壓節(jié)能裝置安裝在抽油井的前端，只有抽油機(jī)下行時出現(xiàn)負(fù)功能量，且產(chǎn)生發(fā)電能量能夠全部反饋到電網(wǎng)，并能被電網(wǎng)另一耗電設(shè)備使用[3]， 則未安裝液壓節(jié)能裝置時：

式中：

E電——電動機(jī)消耗能量，kW；

E電上——上沖程電動機(jī)消耗能量，kW；

E電下——下沖程電機(jī)消耗能量，kW；

E負(fù)——抽油機(jī)下行時產(chǎn)生的機(jī)械負(fù)功能量，kW；

η電傳輸——電網(wǎng)傳輸效率，%；

η ——抽油井地面效率， η =η電機(jī)η皮帶η減速器η曲柄η連桿。

安裝液壓節(jié)能裝置后：

式中：

E液電——安裝液壓節(jié)能裝置后的電機(jī)消耗能量；

η液= ηhηm——液壓回收和釋放能量的效率。

以 12 型抽油 機(jī)產(chǎn)液量 10t/d 的油井為例 ，地面效率為 η = η電機(jī)η皮帶η減速器η曲柄η連桿=0.5，設(shè) 電 網(wǎng) 傳輸效率為 η電傳輸=0.95，則 η負(fù)功= η電傳輸η =0.48； 而液壓平衡節(jié)能裝置再生利用負(fù)功機(jī)械能量的效率η液= ηhηm=0.56。

從以上分析可看出，原抽油機(jī)是將負(fù)功機(jī)械能量轉(zhuǎn)換成發(fā)電能量再被其他抽油機(jī)利用，而液壓平衡裝置則是通過抽油機(jī)自身再生利用其在運(yùn)行中所產(chǎn)生的負(fù)功機(jī)械能量，負(fù)功利用效率后者高于前者。

3 應(yīng)用效果

目前在新疆油田的 10型、12型、14型的常規(guī)游梁式抽油機(jī)上安裝了液壓節(jié)能裝置50套，目前運(yùn)行了2年，該裝置運(yùn)行平穩(wěn)可靠。在保證油井同等技術(shù)參數(shù)、產(chǎn)液量不變的情況下，測試了其中10口抽油井，測試結(jié)果見表1。

表1 抽油機(jī)液壓節(jié)能裝置安裝前后能耗對比

從表1中可看出，安裝抽油機(jī)液壓節(jié)能裝置后，有功功率和無功功率明顯降低，平均有功節(jié)電率 為 22.04% ， 無 功 節(jié) 能 率 為 39.54% ， 綜 合 節(jié) 電 率為 15.43%，大幅度地降低了采油能耗，節(jié)約了開采成本。

4 經(jīng)濟(jì)效益

4.1節(jié)約電費(fèi)

以10型抽油機(jī)電動機(jī) 30kW為例，年用電量為7.13×104kWh，安裝液壓節(jié)能裝置后，年節(jié)約電量為 1.1×104kWh； 電 費(fèi) 按 0.68 元 /kWh 計(jì) 算 ， 年 節(jié) 約電費(fèi)為 0.75萬元。

4.2節(jié)約抽油機(jī)維護(hù)費(fèi)用

安裝后，減少了抽油機(jī)震蕩使抽油機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)，抽油機(jī)故障率明顯降低，平均故障率比未安裝液壓節(jié)能裝置時減少了 70%，按年維護(hù)抽油機(jī)人工、材料費(fèi)用1萬元計(jì)算，可節(jié)約維護(hù)費(fèi)用0.7萬元。

5 結(jié)語

1）液壓節(jié)能裝置在消除發(fā)電態(tài)負(fù)功對抽油機(jī)不良影響的同時，將負(fù)功余能再生使用，降低了抽油機(jī)提升過程的有功功率消耗，減少了抽油機(jī)的電動機(jī)扭矩波動，改善了抽油機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)受負(fù)功余能產(chǎn)生機(jī)械沖擊，提高了抽油機(jī)使用壽命。

2）液壓節(jié)能裝置可以減小抽油機(jī)電動機(jī)的最大峰值功率，適當(dāng)?shù)亟档碗妱訖C(jī)功率的配置參數(shù)，從而減少當(dāng)前游梁式抽油機(jī)普遍存在的“大馬拉小車”狀況，降低抽油機(jī)的購置成本。

3）液壓節(jié)能裝置是與原抽油機(jī)并聯(lián)連接的節(jié)能裝置，在液壓節(jié)能裝置需要維護(hù)維修和出現(xiàn)故障時不影響原抽油機(jī)的正常使用，從而保證抽油機(jī)的長期正常運(yùn)行，不會因液壓節(jié)能裝置的維護(hù)維修而影響油井產(chǎn)量，適合常規(guī)游梁式抽油機(jī)的節(jié)能改造。

[1] 姜繼海,谷峰,秦二衛(wèi),等.液壓能回收的扭矩平衡油梁式 抽 油 機(jī)[J].能 量 流 動 與 控 制,2009,33（2）:4-6.

[2] 催平正.新型液壓節(jié)能抽油機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓,2005（5）:143-144.

[3] 孫東.抽油機(jī)液壓平衡裝置能量利用分析[J].油氣田地面工程,2011,30（9）:21-22.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.007.016

2013-03-25）

周勇，工程師，2008年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，從事機(jī)械采 油 節(jié) 能 技 術(shù) 研 究 工 作 ， E-mail： ktyzhouy@petrochina.com.cn， 地址：新疆克拉瑪依市工程技術(shù)研究院石油工程所，834000。