许 彬
长庆油田分公司第七采油厂山城作业区，甘肃 庆阳 710200
摘要：我国是世界上石油储备大国，在油田油气勘探和开采中，收油机是必不可少的设备，但从当下抽油机的作业情况来看，普遍具有耗电量大、效率低、成本高以及资源浪费的特点。据数据统计，在石油开采工程的总耗电量中，抽油机的占比高达40%，因此，有效地提高抽油机的工作效率是当下油田发展中急需解决的问题。通过对抽油机节能方法与变频技术应用进行研究并提出收油机变频节能技术，对保障油田的生产和经济效益的提升，都有十分重要的现实意义。
关键词：抽油机；节能方法；变频技术
1 导言
随着油田开采规模逐渐加大，抽油机耗电量大的问题逐渐受到人们的关注。通过节能降耗技术可以实现可持续化的经济发展，在油田开采过程中，抽油机井耗费能量最大，因此应该提高节能降耗技术，做好节能降耗措施，从而实现经济利益最大化。
2 抽油机节能的意义
目前，我国大多数油田都是低渗透、低能、低产油田，在进行油田开发时难度较大，往往需要靠注水压油入井，然后，再利用抽油机将油从地层中提取上来，这也就是我国油田生产中常见的以水换油、以电换油的现状。由于油田开采探测必须使用抽油机，使得电费成为影响我国石油开采成本的重要因素，也是成本居高不下的主要原因。在大力倡导节能的今天，抽油机节能已经是油田生产中无法绕开的问题。据相关数据显示，我国当下抽油机的保有量超过10万台，而每台电动机装几种容量为3500MW，这样计算，我国在油田生产过程中每年的耗电量将超过百亿KMh，而我国抽油机平均工作效率为25.96%，比国外低4.09%。从长远角度来看，要想实现抽油机的节能，要对抽油机的结构进行优化，通过降低石油开采的成本，提高企业的经济效率和核心竞争力，使石油企业既做到完成国家任务，又能够通过节能的方式实现长期低成本的发展目标。
3 抽油机效率低下的原因
在作业期间，抽油机负载是实时变化的，其表现形式有动负载特性和静负载特性两种。抽油机在启动时，所需要的启动力矩往往是抽油机实际作业时所需的3～4倍，甚至还要更大。启动力矩是抽油机选择电机的前提条件，若起动力距刚刚好，抽油机的负载功率就不能达到最佳匹配，这时，电机的额定功率会大于运行负载功率，就是常说的大马拉小车。若抽油能力过剩，就会使抽油机无功抽取的时间增加，增加抽油机的耗电量，造成电脑浪费。
3.1 抽油机耗能
在我国油田开采生产过程中，抽油机是采油的主要工具，抽油机的作用就是将电能转化成动能，将井底的液体举升到井口。在抽油机工作的过程中会产生一定的能量消耗，消耗能量的总量等于托举液体的能量与损失能量的总和。托举液体的能量与总能量之比就是抽油机系统工作的有效功率。节能降耗的目的就是提升有效功率，降低损失功率，从而达到节能降耗的目的。
3.2 影响抽油机耗能因素
在油田抽油机的工作中，影响耗能的因素有很多。主要分为地面部分耗能与井下部分耗能，地面部分包括抽油机、电动机、减速箱等硬件设备的耗能情况，井下部分包括运行摩阻、泵深、杆管偏摩等因素。随着石油的开采不断进行，油井的情况也在不断地发生变化，抽油机井的平衡也在不断变化。在抽油机井开采石油系统中，平衡度是影响抽油机工作效率最重要的因素之一，只有通过研究抽油机系统平衡方式才能够达到节能降耗的目的。
除此之外，抽油机的配套设施对抽油机耗能也具有非常大的影响作用。抽油机的电机是采用就地补偿技术，当配电箱线体损坏或者无功补偿电容被击穿的情况发生时，使得电机无法得到应有的补偿，从而造成电机系统工作效率低，最终导致耗能大的问题产生。与此同时，对抽油机系统的管理也会造成耗能损失。当抽油机达到合理的运行指标和平衡比的情况下，才能够降低抽油机损耗。
4 抽油机的节能方法
通常情况下，抽油机的节能方法主要有两种，一种是从抽油机的电机部分入手，将电机进行优化，提高其工作的效率、负载率等性能的相关参数。但是这种技术的要求比较高，可提升的空间也有限，因此，采用这种方法的并不多；第二种方法是将系统进行整体优化，这种方法主要是通过调整电机的输出，让地下与地上的工况达到一致，如此一来实现能源的最大利用，这种方法是目前应用较多的。
科技的发展使得变频技术应用到抽油机当中得以实现，这也是抽油机节能方法中效果最为显著的一个。利用变频驱动技术改进抽油机的效率，这点在国外已经得到了应用，但是在我国，大多数还处在研究当中。但是，在大庆油田、胜利油田等大型油田中已经进行了该技术的实验，取得了较好的实验效果。
5 变频技术的节能抽油机的应用
5.1 变频技术的特点
变频器的使用能够使电压、频率不变的交流电转换为电压、频率可变的交流电。这样在抽油机作业期间就可以通过调节电机的频率来控制电机的变速运行，通过变频器来对电机的转速进行调节，控制电机的正反转方向。这样就能够实现调速范围广、机械性能好、精度高、运行可靠的目标。
5.2 变频器的选择
在选择变频器类型时，需要高度重视电动机的额定电流和额定功率，这是因为电动机的额定电流和额定功率直接决定着变频器的容量。通常情况下，电动机的额定功率要小于变频器的额定容量，电动机的额定电流和额定电压要小于等于变频器的额定电流和电压。因此，只有选择合适的电动机额定电流和额定功率，才能够匹配到合适的变频器，使抽油机的节能效果达到最佳。
5.3 变频技术的节能抽油机的应用
变频技术节能抽油机能够动态调节冲饮、无极调节上下行程的速度，来满足油井负荷的需求，对泵的充满度进行合理调整，提高抽油机的工作效率，增加油田的原油产量，降低电机的功率，从而实现抽油机的节能目的。对抽油机进行变频调速，就是为了保证抽油泵一直处于充满油液的状态。这样做的目的是为了提高抽油泵中原油的充满度，使油井的供排系统达到动态协调状态，降低提升过程的漏失系数，有效地防止发生抽油泵工作效率低和空抽的情况，从而保障油田的产量。除此之外，变频器数节能抽油机还具有另外一个作用，通过选择合适的电机为抽油机的平稳运行提供保障。
5.4 变频节能的控制策略
抽油机变频节能控制策略主要有三种方式，一是简单降速方式，二是变化冲床方式，三是专用变频电源。首先，简单降速方式。将变频器直接安装在电动机上来，降低电动机的运行频率，使电动机的转速下降，进而延长冲程时间，实现节约电能的目的。实践表明，这种方法能够使电能降低15%～30%左右。其次，变化冲程方式。采用游梁式抽油机能够对每个冲程下降和提升需要的频率进行不同的设置。但这需要事先对油田的特点进行测量，测量出井下石油水分的比例，并对抽油泵的工作负荷进行计算，通过调节使抽油杆实现快速提升、缓速下降，这样就可以降低抽油机的电能损耗。但这种方法需要对油水比例和抽油泵的工作负荷进行计算，相对来说比较复杂。最后，专用变频电源。专用变频电源是从电源系统入手进行优化的，通过配置变频电路电源系统，使电能实现双向流动，进而减少电动机的功率损耗。现阶段，变频电源在节能方面的效果比较突出，但该种方法也存在一定的不足，主要表现为变频电源过于复杂和精密、设备成本高、环境适应性差。因此，专用变频电源还具有很大的发展空间，希望通过不断的改善，使专用变频电源的不足得到优化，使其能够广泛地应用到抽油机变频节能控制中。
6 结束语
综上所述，抽油机的节能研究有着重要的技术研究价值与现实的经济意义，同时，合理的应用变频技术对抽油机电机进行改进，对节约能源消耗、提高油田采油效率也有着显著的效果。能源日益紧张的今天，这一研究更具历史意义。
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