韓杰（大慶油田采油工程研究院）

常規(guī)游梁式抽油機(jī)的使用已有100多年的歷史，因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)久耐用、使用操作及維護(hù)方便、技術(shù)上成熟可靠等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于油田生產(chǎn)中。

目前大慶油田共有機(jī)采井58000多口，其中抽油機(jī)井43000多口，占機(jī)采井總數(shù)的75%左右，常規(guī)游梁式抽油機(jī)井（CY J 和CY JY 序列）又占抽油機(jī)井的80%上下。因此開展常規(guī)游梁式抽油機(jī)井節(jié)能挖潛工作，對(duì)機(jī)采井的節(jié)能降耗會(huì)起到舉足輕重的作用。

1 游梁式抽油機(jī)井效率分析

1.1 理想狀態(tài)下抽油機(jī)井分效率

游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，能量的傳遞和轉(zhuǎn)換都有損失存在，主要有：電動(dòng)機(jī)損失、帶傳動(dòng)損失、減速箱損失、換向損失、盤根盒損失、抽油桿損失、抽油泵損失、抽油管柱損失等8部分，在理想狀態(tài)下，游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)傳動(dòng)效率變化情況見表l，理想狀態(tài)是指有桿抽油系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)均在高效率下運(yùn)動(dòng)行態(tài)[1]。

表1 理想狀態(tài)下游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)傳動(dòng)效率

1.2 標(biāo)準(zhǔn)井分效率測(cè)試試驗(yàn)

1.2.1 測(cè)試工況

常規(guī)游梁式抽油機(jī)CY J10-3-37H B，泵深1000m，Φ70 mm柱塞泵，Φ25 mm抽油桿， Φ76 mm油管，沖程2.1 m和3m，沖速4 min-1和6min-1，試驗(yàn)介質(zhì)：清水。

1.2.2 測(cè)試結(jié)果

通過部分工況下標(biāo)準(zhǔn)井測(cè)試，得到了常規(guī)游梁式抽油機(jī)不同懸點(diǎn)載荷利用率下的各環(huán)節(jié)分效率及系統(tǒng)效率，并與理想效率進(jìn)行了對(duì)比，見圖1~圖3。

2 游梁式抽油機(jī)井節(jié)能潛力分析

由圖1~圖3可以看出：電動(dòng)機(jī)效率在抽油機(jī)載荷利用率70%以下時(shí)才有一定的效率提升空間；皮帶效率距理想值有一定差距，但由于皮帶彈性較大，要想提高帶傳動(dòng)部分效率很難操作；減速箱效率距理想值有一定差距，但減速箱主要是軸承和齒輪的摩擦損失，核心問題是潤(rùn)滑，在管理和維護(hù)措施得當(dāng)?shù)臈l件下，減速箱效率提高潛力不大；四連桿效率在載荷利用率超過45%后已超過理想值，基本沒有提高潛力；井下效率與理想值相比提高潛力較大，而且比較容易操作。因此，常規(guī)游梁式抽油機(jī)節(jié)能潛力比較大且容易操作的環(huán)節(jié)就是電動(dòng)機(jī)和井下部分。

3 游梁式抽油機(jī)井主要節(jié)能方式分析

3.1 抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)發(fā)展歷程

常規(guī)游梁式抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)發(fā)展歷程是節(jié)能抽油機(jī)（包括游梁式和無游梁式）、節(jié)能電控箱、節(jié)能電動(dòng)機(jī)以及超越離合器和減速輪等等，近兩年出現(xiàn)了抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)，而且應(yīng)用效果比較明顯。

3.2 抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)基本原理分析

游梁式抽油機(jī)、節(jié)能電控箱、節(jié)能電動(dòng)機(jī)以及超越離合器和減速輪等節(jié)能技術(shù)是在基本不改變?cè)到y(tǒng)條件下，系統(tǒng)運(yùn)行軌跡與常規(guī)機(jī)基本相同，在一定程度上降低了功率、電流和扭矩峰值，但降低幅度很小。

圖1 常規(guī)10型抽油機(jī)地面環(huán)節(jié)分效率實(shí)測(cè)值與理想值

圖2 常規(guī)10型抽油機(jī)地面和井下分效率實(shí)測(cè)值與理想值對(duì)比

圖3 常規(guī)10型抽油機(jī)系統(tǒng)效率實(shí)測(cè)值與理想值對(duì)比

無游梁節(jié)能抽油機(jī)完全改變了抽油機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)運(yùn)行軌跡，可以大幅度降低扭矩峰值，但目前無法達(dá)到規(guī)模應(yīng)用。

抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)是完全不改變抽油機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，是根據(jù)負(fù)載的變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、輸出功率等，動(dòng)態(tài)改變系統(tǒng)運(yùn)行軌跡，抑制慣性載荷，降低扭矩峰值，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量輸出趨于均衡化，最終達(dá)到提高系統(tǒng)效率的目的，具有良好的應(yīng)用前景。

圖4 常規(guī)10型機(jī)應(yīng)用優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)前后實(shí)測(cè)功率和電流曲線對(duì)比

4 抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)試驗(yàn)效果

在標(biāo)準(zhǔn)井同等工況條件下，利用日置3169功率測(cè)試儀，測(cè)試了采用優(yōu)化技術(shù)前后電動(dòng)機(jī)的輸入功率和電流變化曲線，見圖4。測(cè)試表明：優(yōu)化前峰值電流75.37A ，峰值功率38.52kW ，優(yōu)化后峰值電流16.68A ，峰值功率7.49kW ，優(yōu)化后峰值電流降低了77.87%，峰值功率降低了80.55%。

5 認(rèn)識(shí)和建議

1）抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)可以有效降低電動(dòng)機(jī)功率峰值，從而可以降低電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率。

2）從節(jié)能降資角度出發(fā)，優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)的成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于控制的常規(guī)游梁式抽油機(jī)和造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、經(jīng)久耐用的普通Y系列電動(dòng)機(jī)匹配為最佳，從而也避免了抽油機(jī)結(jié)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改變給控制帶來不必要的麻煩。

3）通過對(duì)目前各種節(jié)能技術(shù)的對(duì)比分析，不難看出，游梁式抽油機(jī)要想從根本上系統(tǒng)化解決“大馬拉小車”導(dǎo)致能耗高的問題，一是徹底改變游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)為無游梁抽油機(jī)，但目前技術(shù)成熟度不夠，規(guī)?；瘧?yīng)用存在困難；二是把優(yōu)化運(yùn)行動(dòng)態(tài)控制技術(shù)與游梁式抽油機(jī)固有的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性有機(jī)結(jié)合起來，解決全系統(tǒng)合理運(yùn)行問題。

[1]王玉普,劉合.有桿抽油系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2003,22(1):38-39.