丁嘉琦（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

1 現(xiàn)狀

目前，在大慶油田開發(fā)后期，隨著地下原油的不斷開采，地層液體供應(yīng)能力不斷降低，采油的壓力差減小，導(dǎo)致抽油機的泵效降低。為了提高效率，減少磨損，就需要調(diào)整抽油機的沖程和沖速等參數(shù)，以解決油井生產(chǎn)中供給和排放失調(diào)的矛盾，進一步提高抽油機的系統(tǒng)效率，達到采油過程節(jié)能的要求[1]。抽油機的沖程由于機器型號的限制，調(diào)整幅度很小，故降低沖速的方法更為普遍。目前，大慶油田采用的主要方法如下：調(diào)整抽油機的傳動輪和電動機輪的尺寸，由于合適的抽油機型號較少，且更換時間長，勞動強度大，難以滿足沖速要求；采用電磁調(diào)速驅(qū)動電動機，但該電動機采購費用和日常維護支出都過高，同時能耗較大，無法滿足經(jīng)濟運行的目的；使用變頻器，該設(shè)備可以有效，但成本同樣很高，而且維護管理較困難，不能達到預(yù)期的效果。因此，急需研究一套抽油機節(jié)能裝置解決該問題。

2 機械變速裝置的原理和結(jié)構(gòu)

該設(shè)計主要是通過在抽油機的變速箱和電動機間裝設(shè)一個減速節(jié)能的裝置來降低功率。這套裝置主要是由軸承支座和多個直徑不同的轉(zhuǎn)輪構(gòu)成，分為彈性輸入裝置、換擋裝置和單向輸出裝置。通過增加傳動比，降低了電動機功率，并且滿足了抽油機的懸掛點負荷要求。

如圖1 所示，該裝置采用四軸單中心距離結(jié)構(gòu)，四軸為動力輸入軸，主中間軸，副中間軸和動力輸出軸。動力輸入軸，主中間軸和動力輸出軸三者依次連接。彈性輸入裝置安裝在動力輸入軸上，使主中間軸和動力輸出軸進行單方向的傳動來保證動力輸出。主中間軸、輸入動力軸和輔助中間軸通過滑動齒套，固定齒座進行換檔。路徑由電動機通過皮帶傳遞給彈性輸入裝置，然后通過換擋裝置獲得所需的速度，通過單向輸出裝置獲取固定方向上的動力輸出可以很好解決抽油機設(shè)備輸出的功率與在用負荷不成比例的問題，大幅度降低了電動機功率。同時，該裝置可以通過低功率電動機來滿足抽油機的低功率運行的需求。該裝置具有“兩降、兩穩(wěn)、一優(yōu)化”的優(yōu)點，“兩降”：降低了耗電量、降低成本；“兩穩(wěn)”：啟動平穩(wěn)、運行平穩(wěn)；“一優(yōu)化”：優(yōu)化油井的綜合運行參數(shù)，提高泵效率，降低管筒磨損，最終滿足油井生產(chǎn)的“最大效益”要求[2]。

圖1 抽油機機械變速裝置

3 抽油機機械變速裝置的優(yōu)點

1）可以有效降低抽油機原電動機的功率，進而大大節(jié)約電量。以往，抽油機啟機時，輔助電動機都要比抽油機正常運轉(zhuǎn)所需的功率大很多，因此，在電動機使用期間的實際的輸出功率要遠超過抽油機的實際的輸出功率出現(xiàn)載荷過低的現(xiàn)象[3]。該裝置可以通過皮帶輪的內(nèi)置摩擦離合器或利用彈性動力輸入機構(gòu)較好地減輕由電動機的瞬間轉(zhuǎn)矩和電流引起的設(shè)備損壞。它不但可以降低由抽油機的交變負載引起的驅(qū)動電動機電流的波動，而且還可以選擇功率較小的電動機，降低電動機的采購成本，使電動機的機械特性和電動機特性相匹配，讓電動機始終在高效率區(qū)域工作，很好的提高了電動機的效率。

2）采用機械換檔裝置，可以使抽油機的沖速調(diào)節(jié)簡單快捷，大大節(jié)約了抽油機的調(diào)節(jié)時間，提高了效率[4]。而且可以根據(jù)每口井的產(chǎn)量不同，隨時調(diào)整沖程次數(shù)，從而精確匹配抽油次數(shù)和油井抽油量。防止抽油機做無用功，使得整個系統(tǒng)始終高效運行，最終實現(xiàn)節(jié)能。該裝置的使用改變了抽油機工作的傳統(tǒng)模式，并且在1 min內(nèi)完成3 h甚至更長時間的原始調(diào)節(jié)時間。所以其方便快捷，更換容易可以大大提高采油效率[5]。

3）選取單向動力輸出機構(gòu)，可以很好的消除抽油機正常運轉(zhuǎn)時對電網(wǎng)逆向發(fā)電造成的能量損失。在抽油機下降期間，從最高點到最低點的過程是加速過程，其非?？觳⑶疑踔脸^電動機的速度。當(dāng)在超過電動機速度時發(fā)生反向發(fā)電時，通過單向動力輸出機構(gòu)設(shè)定裝置，使得電動機不克服抽油機的下行動能。消除了驅(qū)動電動機輸出無用功的狀態(tài)，大大降低了驅(qū)動電動機的工作能量輸出。既解決了反發(fā)電問題又節(jié)約用電[6]。

4 應(yīng)用效果分析

4.1 調(diào)整沖速后電流變壓

該裝置在第一采油廠某礦應(yīng)用100 口井，通過對6口井跟蹤觀察，測試調(diào)整沖速后電流變化情況見表1。

表1 測試調(diào)整沖速后電流變化情況對比

所有井電壓均為1 100 V，按油田內(nèi)部關(guān)聯(lián)交易電價0.57 元/kWh，則平均每口井每年節(jié)電89.38 萬元。如果按100 口井計算，則每年可節(jié)約89 380萬元。

4.2 增油效果

目前，很多油井都已經(jīng)進入了采油量的尾聲期，由于壓力低，液體供給不足，導(dǎo)致泵在工作過程中被液體充滿的程度較差，工作效率過低。應(yīng)用該裝置可以在油井生產(chǎn)末期大大減少沖速的時間，增加泵的滿負荷運行系數(shù)，提高輸出功率。簡單計算，單口井可以在每個熱采循環(huán)中增加30 t 石油，100口井則增油3 000 t左右。

5 結(jié)論

抽油機機械變速裝置的應(yīng)用，對降低抽油機的能量損耗，特別是在解決低沖速稠油井、供液量不足的低產(chǎn)井能耗高的問題中有著重大意義。該裝置目前處于試驗階段，主要用于1 100 V 傾斜垂直井，從應(yīng)用的6口井情況看，節(jié)能效果良好，每口井每年節(jié)約89.38 萬元，按100 口井計算，每年節(jié)約89 380萬元，在提高采油產(chǎn)量方面發(fā)揮了較大的作用。