朱文广 （大庆油田水务公司）

油田常用节能抽油机分析及应用

朱文广 （大庆油田水务公司）

抽油机是油田主要耗能设备，因其结构可靠被广泛应用，约占机采设备的65%。目前油田常用抽油机类型主要有常规游梁式抽油机、塔架式抽油机、偏置游梁式抽油机和矮型异相曲柄平衡抽油机。抽油机选型主要是参考抽油机的额定载荷，但由于油田井下情况复杂，为了适应油田生产的需要，选型还要参考抽油机的结构特点和节能效果。经过对比试验，塔架式抽油机节电效果最好，有功节电率为29.88%；异相型复合平衡抽油机有功节电率为9.33%；矮型异相曲柄平衡抽油机适用于负荷低的井，有功节电率为15.60%。对于稠油开采建议采用长冲程、低冲速的塔架式抽油机，对于稀油且产液量小的井建议用矮型异相曲柄平衡抽油机，异相型复合平衡抽油机易由普通游梁式抽油机改造而成，适合井况变化不大的抽油机节能改造。

油田；节能；塔架式抽油机；异相型复合平衡抽油机；矮型异相曲柄抽油机

常规游梁式抽油机是一种后置式的四连杆结构，是新型游梁式抽油机的原型，但由于本身结构上的不合理，使得不能解决平衡效果差，载荷低，能耗高等缺点[1-2]。同时，常规游梁式抽油机的悬点载荷为周期性变化，悬点载荷在减速器曲柄轴上的转矩曲线与曲柄的正弦曲线差不很大，叠加出来的载荷波动很大，为了满足载荷峰值的要求，必须配备功率较大的电动机来提供较大的余度。常规游梁式抽油机虽然可靠性高但效率低，平均只有10%～30%，系统效率低导致能耗大。相比其他技改方式，抽油机技改是技能效果最好的一种节能方式，目前常用节能型抽油机大体可分为矮型异相曲柄平衡抽油机、异相型复合平衡抽油机（包括下偏杠铃）、塔架式抽油机3种，下文对其结构特点、节能效果进行分析最后确定适用范围。

1 矮型异相曲柄平衡抽油机

1.1结构特点

矮型机游梁摆角约达90°，使游梁与驴头为一体。四连杆机构运动特点是上冲程运行时间长（曲柄转角为190°），下冲程运行时间短（曲柄转角为170°）。平衡重臂偏置曲柄某一最佳相位角，使电动机功率周期变化平缓。

1.2节能效果

在大庆油田生产井上与CYJ6-2.5-26HB对比，结果如下：

平均系统效率提高2.31百分点，有功节电率15.60%，无功节电率37.11%，综合节电率18.07%。

1.3适用范围

与6型常规抽油机相同，由于其最大冲程只有2.5 m，其理论排量受到限制，所以只能用于产量较低的井上。同时，由于该机具有上冲程慢、下冲程快的运动特性，在稠油井上要慎用，以免出现抽油杆下行滞后现象。

2 异相型复合平衡抽油机

2.1结构特点

普通抽油机的曲柄中心线与平衡装置的中心线重合，而异相抽油机的曲柄中心线与平衡装置的中心线有一个相位角。同时，曲柄中心轴承与游梁、连杆的连结销不在一条垂直线上，这样的改进使曲柄上冲程时的转角大于190°，下冲程小于170°，从而降低了上冲程时的加速度，降低了上冲程时悬点的惯性载荷，以达到节能效果。复合平衡方式可降低曲柄轴峰值转矩，在一定程度上可起到减少能耗的作用。用复合平衡的方式可在一定程度上改善抽油机在大负荷下的转矩特性。下偏杠铃是通过参数优化得到的一个复合平衡抽油机的“升级版”，所以一起考虑。

2.2节能效果

生产井上与CYJ10-3-37HB对比：平均系统效率提高4百分点，有功节电率18.88%，无功节电率41.00%，综合节电率21.62%。

标准井上：平均系统效率也提高了4百分点，有功节电率9.33%，无功节电率21.89%，综合节电率10.10%。

2.3适用范围

该机适合于中低黏度原油和高含水期开采。因为常规抽油机依然占据着油田抽油机的最大比重，考虑到油田生产实际和生产成本等原因，旧抽油机改造是一条很好的节约能源、节约成本的好方法，而改造为复合平衡或下偏杠铃，对老机型改造少、容易实施。

3 塔架式抽油机

3.1结构特点

长冲程抽油机具有高采油效率，增加原油产量；提高抽油杆和抽油泵的使用寿命；排量稳定，动载荷小；抽油机平衡效果较好。

3.2节能效果

生产井上与CYJY14-6-89HF对比：平均系统效率提高6.75百分点，有功节电率27.95%，无功节电率71.18%，综合节电率33.69%。

标准井上：平均系统效率提高16.6百分点，有功节电率29.88%，无功节电率58.3%，综合节电率31.43%。

塔架式抽油机生产井上节能效果优于标准井，原因为标准井泵较浅，而且使用水为循环介质，与深井、稠油井相比没有完全发挥出塔架式抽油机长冲程、低冲速能够减少冲程损失，增加泵充满度的优势。

3.3适用范围

排量大，参数调节方便，适用于高产井和产量波动大的井。同时也适用于深井、稠油热采井、大泵深抽，其长冲程、低冲速特性使泵筒充满系数高，可以消除气锁，防止结蜡。但有的抽油机吊绳承载后，易造成破股损坏，而且更换比较困难。

4 效果对比

下面分析在不同负荷条件下不同类型抽油机的节能效果，选择在标准井上利用调节动液面来模拟不同负荷，分别选取300、600、800 m动液面来进行试验，从而得出不同负载下的不同抽油机的有功节电率（图1）。

图1 抽油机不同负荷（动液面深度）下有功节电率对比

由图1可知：

1） 有功节电率随着负荷的增加而下降。主要原因是在轻载时，电动机功率余量充足即负载率很小，所以节能效果好。随着负荷的增加，余量减少，节电率就会减少。因为电动机的负载率为电动机的输出功率与额定功率的比值，而普通异步电动机的输出功率与输出转矩成正比。根据Y系列异步电动机负载率与效率的关系曲线可知，负载率在35%以上时，效率能够达到90%。

2） 塔架式抽油机节能效果明显。首先是因为塔架式抽油机在生产过程中匀速运动，减少抽油机动载荷，无游梁、四连杆等机械结构的能量损失；其次是塔架式抽油机采用开关磁阻电动机和伺服电动机，下行时耗电较少。

3） 下偏杠铃节能效果好于异相式复合平衡抽油机，但相差不大。原因是下偏杠铃节能是由异相式复合平衡抽油机发展改造而来的，所以节能效果相差不多；而下偏杠铃的参数是根据标准井情况进行了优化，所以效果好于异相式复合平衡抽油机。

[1]骆华峰，栾庆德.游梁式抽油机实体建模及仿真分析[J].石油矿场机械，2008,37（12）：22-24.

[2]张晓东，贾国超.关于我国抽油机发展的几点思考[J].石油矿场机械，2008,37（1）：24-27.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.04.012

2016-01-04

（编辑 李珊梅）

朱文广，1996年毕业于东北农业大学，从事节能管理工作，Email：zhuweng@cnpc.com.cn，地址：黑龙江省大庆市让胡路区西潭路，163000。