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机械举升系统能耗节点分析及优化策略

发表时间：2021/4/16 来源：《中国科技信息》2021年5月作者：蒲浩

[导读] 游梁式抽油机因其结构简单、性能可靠、运行平稳等优势，在油田生产中占有主导地位。目前为止，油田的抽油机大多为游梁式抽油机，这种抽油机的效率特别高。

胜利采油厂山东东营蒲浩 257000

摘要：游梁式抽油机因其结构简单、性能可靠、运行平稳等优势，在油田生产中占有主导地位。目前为止，油田的抽油机大多为游梁式抽油机，这种抽油机的效率特别高。在不同的油田抽油机的效率是不同的，主要是根据产油量，生产的参数，油井的举升高度以及系统的负载率来决定的。这篇文章针对影响抽油机井的举升效率进行探讨，并且对整个系统的节能潜力进行了描述，并且提出了相应的政策，这在促进抽油机高效运行方面有一定的意义。
关键词：抽油机系统；能耗影响因素；高效运行
        据不完全统计，游梁抽油机井的耗电量占油田总用电量的40%以上，是油田的耗能大户。如何有效地解决游梁式抽油机平衡效果差、能耗大等难题，是应对当前低油价，实现提质增效的有效途径。
游梁式抽油机在抽油机中处于主导地位，同时，它的能耗在采油成本中也占据较大的比重，因此要注重对游梁式抽油机节能技术与方法实施改进，降低油田能源消耗。另外，油田采油工作环境条件复杂恶劣，且抽油机要带动抽油杆上下往复运动换向数万次，承受巨大的载荷，抽油机系统的稳定性与可靠性至关重要。注重井下工作与地面工作，完善优化整个系统，才能保证抽油机的平衡，提高系统效率以保证油田开采质量。
        1 游梁式抽油机系统能耗高原因分析
        1.1 电机功率利用率不匹配
        经济负载率指电机效率最高时的负载率，在实际情况下，油田采油工作中相关系统器械难以保持高效率，一般来说，电机的负载率在 76%～100%，属于电机的正常负载率。但抽油机负载率周期不固定，伴有极强的波动性，若负载率低，电机效率也会降低，进而影响抽油机系统效率。另一方面，抽油机通常采用异步电机，且抽油机的启动是带载启动，存在巨大的惯性矩，由上下固定点启动，但抽油机是以转矩运行，致使最大扭矩之间的能耗，同时，在电机的选择上，考虑到油井生产的不同，选择功率大的电动机，加剧能量的消耗。
        1.2 抽油机的平衡
        抽油机需要保持平衡才能在电机工作时电流波动稳定，避免电机功率出现负值现象，减少不必要的耗电，但抽油机在工作中难以保持平衡，同时，电机的变动损耗为抽油机主要的能量消耗，且在传输过程中产生固定消耗，电机不能有效调整就会失去平衡，加大电流的波动程度，增加能源的消耗。再者，游梁式抽油机工作过程为上冲程与下冲程，上冲程悬点载荷为油液与抽油杆的重力与惯性力，下冲程悬点载荷为抽油杆的重力与惯性力，因此，工作悬点载荷的变化浮动增大，产生周期性波动载荷，进而引发电机输出端负载与冲击载荷，导致大量的电能消耗。
        1.3 电机参数不合理
        电机参数是否合理影响抽油机井的能量消耗大小。具体的抽油机井生产参数由冲程冲速、沉没度和油泵的泵径构成，电机参数合理，节能效率高。若油井供液不足，会使抽油机系统负载率波动变大，降低工作效率。
        1.4 传送带的能量消耗
        油田采油工作量巨大，整个过程需要协调有序进行才能保证最终的工作质量与成效，因此，除了电机损耗加大抽油机能量损耗外，传送带的能量损耗与其他流程的问题都会对抽油机的效率造成影响。

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        2 降低系统能耗的对策措施
        2.1 优化抽油机井装机功率
        目前，电机功率的利用率在采油工作中效率极低，主要原因是由于长时间的工作，产生的不确定因素影响，抽油机负载时刻交换，波动幅度大，使机器长时间过载工作运行，缩短电机的使用寿命。电机的合理区间在 30%～60%，若电机利用率提高 10%，效率就会提高 5%，但是一旦利用率到达 60%，电机就会产生过载现象，科学合理地将电机利用率设置在 40%，就能在保证机器高效运行的同时，也保证电机的使用寿命。
        2.2 优化游梁式抽油机平衡方式，提升抽油机平衡度
       （1）采用异相型游梁式抽油机，异相型抽油机有一个平衡相位角，即曲柄平衡块中心线与曲柄对称中心线的偏离角度，能将抽油机下死点对应曲柄位置滞后一个相位角，并且以井口在右侧为准，顺时针旋转，使曲柄轴的输出扭矩曲线呈平缓状态，由此降低电机的输入功率，达到节约能源的目的。
       （2）游梁式抽油机在负荷情况下处于一种冲击性周期变更，启动的扭矩变大，冲速过程中负载波动大，要注重为抽油机提供强大动力设备的电机实施改造，利用抽油机专用电机，如稀土永磁电机、超高转差率电机，能提供启动所需要的转矩，同时，也能有效降低装机功率，提升电机的效率与功率。
       （3）采用双驴头抽油机，优化 4 连杆机构，利用柔性连接部件，使运行抽油机的扭矩变化与抽油机的负荷曲线趋向一致，减少扭矩过大产生的高能量消耗，合理使用变距平衡达到节约能源的目的。
        2.3 提升井下抽油泵效率
       （1）系统实施优化，强化系统的机械效率，确保抽油机载荷率在 60%～80%，注重技术水平的提高与发动机效率的提高。采用平均功率法，调节平衡技术，提升传送过程中的效率，要注意对设备的管理，对已损坏的皮带及时更换，再依据抽油机的具体特点与采油过程中的特点，合理把握皮带的松紧程度。
       （2）合理化沉没度与工作方式，对气体能量合理管理与利用，不断改进创新，对泵结构实施优化，提高泵的能效与防腐蚀能力，适应复杂的环境。
       （3）根据实际情况采取抽停，合理控制间歇生产。
       （4）对杆管的弹性损耗进行控制，合理协调供采，优化动力配置，调整参数。
       （5）注重日常对机采系统的维护与管理，机器要定期清理清洁，具体方式可利用加药加热洗，降低抽油机负荷与油井的工作耗电量，还可采用对井口回压套压控制减少提升机采系统效率，注重对原因的发掘与分析，采取针对性措施。
        3总结
        通过分析研究，在有关游梁式抽油机节能方面的工作时，主要的重点是地面环节中的电动机，并且还要加强对抽油机的平衡管理，在井下的工作环节，重点是提高油泵的效率。而且要加强油井的监管力度，并且要预防天气对油井的影响。除此之外，优化参数也是提高效率的重要途径。控油井的节能工作是系统的工程，所以必须要把井下以及地面的工作结合起来，才能提高系统的效率，降低能量的损耗。
参考文献：
[1]王曼,王林平,魏立军,张倩,刘一山. 降低抽油机井地面能耗技术在安塞油田的应用[J].节能技术,2017,31(03):281-284+288.
[2]付军梅. 抽油机能耗分析及节能措施优化方法研究——以大庆油田采油三厂为例[J].石油地质与工程,2018,25(04):134-136+10.
[3]胡全伟. 能耗节点分析在抽油机井节能降耗中的应用[J]. 石油石化节能,2017,7(09):12-14+8-9.
作者简介：王燕，女，山东省东营市人，汉族，大学本科学历，信息化采油工，从事采油地面工程工作。