常规抽油机节能潜力分析及对策

2011-06-01杨芳丽侯红武谢丽君

资源节约与环保 2011年3期

杨芳丽侯红武谢丽君

（大港油田公司天津 300280）

游梁式抽油机使用方便、可靠、经济，是目前采油生产中的主要设备，是油田的耗能大户，根据常规抽油机的负载特点，分析影响常规抽油机能量损失的主要因素和节能潜力，提出应用节能设备、设备节能改造、电机功率合理配套、强化日常管理、优化工艺参数等措施，不断提高抽油机节能效果。

1 常规抽油装置的特点：

(1)负荷是脉冲的，而且变化大。

(2)启动条件困难，要求有大的启动转矩。

抽油机的负荷特点决定了选用普通异步电动机驱动抽油机不可避免地就会形成大马拉小车的现象。油田在选配电机时通常会考虑油井异常工况，例如出现结蜡、砂卡、停井时间长引起载荷增加等因素，配套的电动机装机功率普遍较大，造成抽油机电机正常运行时负载率很低，一般在20%左右，少数负载率高的也仅为30%。低负载率运行造成电机效率低，功率因数低，电能浪费大。

2 常规抽油机能量损失分析

抽油机采油系统将电能从地面传递给井下液体，从而把井下液体举升到地面。整个系统工作的过程，就是一个能量不断传递和转化的过程，能量的每一次传递和转化都会有一定的损失。抽油机采油系统包括地面部分(游梁式抽油机，由电动机、减速箱和四连杆机构(包括曲柄、连杆、横梁、游梁)、驴头和悬绳器等组成；地下部分(抽油杆柱、抽油泵等。

2.1 地面设备能量损失

电机：在抽油机的每一冲程中，电动机的输出功率出现两次瞬时功率极大和极小值。极大值可能超过额定功率，而极小值一般为负功率，即电动机不仅不输出功率，反而由抽油杆拖动而发电。抽油机载荷的周期性波动造成电机转速波动，增加了电机的损耗。从现场实测看，电动机的损耗有的高达30%～40%，节能的潜力较大。

带传动损失：工程上常用的皮带的传动效率都比较高，最高可达98%，因此，在我国现有技术条件下，带传动部分效率的提高潜力已很小。

减速箱损失：减速箱损失包括轴承损失和齿轮损失，在润滑良好情况下减速箱总的功率损失约为9%～10%，如果减速箱润滑不良，功率损失将增加，效率将下降。在管理和维护措施得当的条件下，减速箱的效率不会有大的提高。

换向损失：对于游梁式抽油机，其换向部分主要是四连杆机构，能量损失约为5%，在换向机构一定的情况下，该部分的效率不会有大的提高。实践证明，通过合理的调整平衡，可以减少换向损失，每口油井平均可节约有功功率0.3～1.5kW，节电效果显著。每口井都有节电的平衡度最佳点，一般调在90%最为经济。通过调平衡来节约电耗，少投入，多产出。

盘根盒损失：主要是光杆与盘根间的摩擦损失。如果抽油机安装不对中，光杆与盘根盒的摩擦力将成倍增加。管理与维护正常的情况下，盘根盒部分能量损失很小，因此提高能效的潜力不大。

2.2 井筒能量损失

井筒能量损失共计抽油杆、抽油管柱、抽油泵三种能量损失，影响的因素包括杆柱组合、泵深、泵径、沉没度、冲程、冲次、运行摩阻、充满系数、杆(管)偏磨、原油粘度、气体、结蜡状况及地层供液能力等。井筒能量损失可以通过工艺设计的优化来调整，提高的潜力较大。

3 抽油机节能对策

3.1 应用节能设备

新井投产时尽量优选平衡好、动载小的双驴头抽油机、高原皮带抽油机等节能型抽油机，推广以稀土永磁电机和超高转差率电机为代表的抽油机专用电机，以达到在不降低启动转矩的前提下降低装机功率，提高电机效率和功率因数。

3.2 旧设备节能改造

（1）对在用或闲置不用的能耗高的旧常规游梁式抽油机进行技术改造，一是将常规机改造成双驴头抽油机，节电率一般可达20%左右；二是将常规机改造成下偏杠铃式抽油机，达到节能目的。这两种改造方法都能充分利用原机的构件，优化关键部件，安全系数高，节能效果显著，运转平稳，管理操作方便。

（2）对在用的大量Y系列电机，安装可降低电机装机功率的补偿电容器等节能附加装置，电机通过大修将其改装为自动切换的双功率电机。

3.3 电动机功率合理配套

（1）考虑每口油井运行的工况，理论计算游梁式抽油机在不同的载荷、冲次、冲程下所需要的电机功率。

Nr——电机功率KW

N——冲次

Mmax的实际取值按照S/4(Pmax)，S为冲程，m；Pmax为最大载荷，N

（2）对计算的电机功率修正、配套，满足现场需要。Nr≤18.5 kW，备配 18.5 kW 电机；18.5 kW

3.4 加强日常管理

（1）加强设备管理。定期检查传动装置，使用窄V联组带传动，皮带要松紧适中，随时处理减速箱漏油、定期更换减速箱内机油，以减少地面传动部分的能耗。使用标准光杆和调心石墨盘根盒；光杆盘根盒应松紧适度；调整设备，使悬绳器、光杆与井口对中，减少光杆与盘根和抽油杆与油管的摩擦耗能。

（2）动态调整平衡度。合理的平衡度为80≤L≤110，对同一口井,平衡度在85%～100%之间的要比平衡度小于85%的井系统效率高1%～3%。

3.5 井筒工艺优化

（1）提高有效功率

有效功率通过提高泵效和有效扬程来提高。

N有效--有效功率，kW;

Q--油井产液量，m3/d；

H--有效扬程，m；

ρ--油井液体密度，kg/m3；

g--重力加速度，9.8m/s

提泵效举措：研究每一口井的特点制定提高抽油泵充满系数的针对性措施，油气比较高的井安装气锚；油粘稠采取降粘措施；深井应用油管锚定，降低冲程损失；出砂井应用防砂泵；优化抽汲参数等,提高活塞的有效冲程达到提高泵效的目的。

提高有效扬程：针对不同区块，确定合理的沉没度，控制合理的动液面深度和油、套压，避免有效扬程过高或过低。当泵挂深度一定时,有效扬程过高,沉没度减小,泵效降低,导致产液量降低,反而影响系统效率的提高。

（2）降低最大载荷和交变载荷

抽油杆柱重量增加，光杆功率增大、井下效率降低。设计杆柱时可采用多级组合和应用高强度抽油杆，降低悬点载荷。

随着泵径的增大,最大载荷和交变载荷增加，抽油系统所需输入功率增大,从而导致电机额定功率的增加，系统效率降低。模拟结果显示，对于泵深1800米，原油平均相对密度为0.8895的油井，其它生产参数不变，泵径由Φ38mm升级为Φ44mm，最大载荷增加9KN以上，在保证产量的前提下，降低泵径，有效降低能耗。

冲次增加，最大载荷和交变载荷增加，同时在减速箱、四连杆机构及盘根盒处的能量损耗也随之增加。在保证产量的基础上，尽量采用较低冲次生产，既提高系统效率又减少杆管断脱次数。