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摘要：在油田生產(chǎn)過程中，電能是最基本的動能來源。隨著我國社會的快速發(fā)展，能源需求量也在迅速增加，油田油氣的開采力度也在不斷地擴大，因而油田生產(chǎn)所需的電能也越來越多。在油田生產(chǎn)中，抽油機是重要的設備之一，同時，也是消耗電能最多的設備之一。從我國油田生產(chǎn)的現(xiàn)狀來看，絕大多數(shù)的抽油機的工作效率都不高，普遍存在資源浪費和設備壽命短的現(xiàn)象。因此，從油田企業(yè)的長遠發(fā)展角度出發(fā)，必須挖掘抽油機在節(jié)能方面的潛能，本文將對抽油機節(jié)能方法與變頻技術(shù)的應用進行深入的探討，以提高我國石油開采的效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：抽油機；節(jié)能方法；變頻技術(shù)

眾所周知，我國是世界上石油儲備大國，在油田油氣勘探和開采中，收油機是必不可少的設備，但從當下抽油機的作業(yè)情況來看，普遍具有耗電量大、效率低、成本高以及資源浪費的特點。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在石油開采工程的總耗電量中，抽油機的占比高達40%，因此，有效地提高抽油機的工作效率是當下油田發(fā)展中急需解決的問題。通過對抽油機節(jié)能方法與變頻技術(shù)應用進行研究并提出收油機變頻節(jié)能技術(shù)，對保障油田的生產(chǎn)和經(jīng)濟效益的提升，都有十分重要的現(xiàn)實意義。

1抽油機節(jié)能的意義

目前，我國大多數(shù)油田都是低滲透、低能、低產(chǎn)油田，在進行油田開發(fā)時難度較大，往往需要靠注水壓油入井，然后，再利用抽油機將油從地層中提取上來，這也就是我國油田生產(chǎn)中常見的以水換油、以電換油的現(xiàn)狀。由于油田開采探測必須使用抽油機，使得電費成為影響我國石油開采成本的重要因素，也是成本居高不下的主要原因。在大力倡導節(jié)能的今天，抽油機節(jié)能已經(jīng)是油田生產(chǎn)中無法繞開的問題。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國當下抽油機的保有量超過10萬臺，而每臺電動機裝幾種容量為3500MW，這樣計算，我國在油田生產(chǎn)過程中每年的耗電量將超過百億KMh，而我國抽油機平均工作效率為25.96%，比國外低4.09%。從長遠角度來看，要想實現(xiàn)抽油機的節(jié)能，要對抽油機的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，通過降低石油開采的成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效率和核心競爭力，使石油企業(yè)既做到完成國家任務，又能夠通過節(jié)能的方式實現(xiàn)長期低成本的發(fā)展目標。

2抽油機效率低下的原因

當下，我國抽油機的作業(yè)特點是產(chǎn)能少，與抽油機所消耗的電能不成正比。本文將從抽油機的電機方面分析抽油機作業(yè)高耗能、低效率的原因。在作業(yè)期間，抽油機負載是實時變化的，其表現(xiàn)形式有動負載特性和靜負載特性兩種。抽油機在啟動時，所需要的啟動力矩往往是抽油機實際作業(yè)時所需的3～4倍，甚至還要更大。啟動力矩是抽油機選擇電機的前提條件，若起動力距剛剛好，抽油機的負載功率就不能達到最佳匹配，這時，電機的額定功率會大于運行負載功率，就是常說的大馬拉小車。若抽油能力過剩，就會使抽油機無功抽取的時間增加，增加抽油機的耗電量，造成電腦浪費。

3抽油機的節(jié)能方法

3.1提高電動機效率利用。電動機是抽油機動能的來源，也是消耗電能的主要設備，因此，對電動機進行節(jié)能控制也可以實現(xiàn)抽油機節(jié)能。電動機節(jié)能方法有以下三種：（1）采用雙功率電動機。這種方式是人為干預提到電動機效率的最有效的手段。利用雙功率電動機能夠改變傳統(tǒng)電動機的電源頻率，使電動機在任何時刻都處于較高負荷率狀態(tài)，進而提高電動機的運行效率。但這種方式也具有一個重要的缺陷，需要先解決雙功率電動機的配合要求問題，也只有如此，才能夠?qū)崿F(xiàn)抽油機的節(jié)能目標。（2）加裝蓄能設備。蓄能設備的加裝能夠提高抽油機的轉(zhuǎn)動慣量，降低電動機承受的扭矩波動量，提高抽油機作業(yè)的穩(wěn)定性。這種方式只需要保證抽油機的額定功率大于或等于消耗功率，即可實現(xiàn)抽油機的節(jié)能。（3）改變電動機的機械性能。這種方法是通過對電動機進行改裝，使其符合節(jié)能電機的要求，例如，改裝為永磁同步機，電磁調(diào)速電機等。3.2優(yōu)化抽油機結(jié)構(gòu)設計。優(yōu)化抽油機結(jié)構(gòu)設計是當下最便于開展的手段之一，其實施方式也較多。但獨立使用任何一種抽油機優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計時，其節(jié)能效果都無法達到最佳，因此，可以通過組合使用多種抽油機優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計來提高抽油機的節(jié)能效果。例如，在提高傳動效率和降低皮帶損耗時，可以同時使用窄V帶和同步帶，使傳動的準確性得到了提高，同時，也避免了出現(xiàn)打滑的問題。

4變頻技術(shù)的節(jié)能抽油機的應用

4.1變頻技術(shù)的特點。變頻器的使用能夠使電壓、頻率不變的交流電轉(zhuǎn)換為電壓、頻率可變的交流電。這樣在抽油機作業(yè)期間就可以通過調(diào)節(jié)電機的頻率來控制電機的變速運行，通過變頻器來對電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，控制電機的正反轉(zhuǎn)方向。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速范圍廣、機械性能好、精度高、運行可靠的目標。4.2變頻器的選擇。在選擇變頻器類型時，需要高度重視電動機的額定電流和額定功率，這是因為電動機的額定電流和額定功率直接決定著變頻器的容量。通常情況下，電動機的額定功率要小于變頻器的額定容量，電動機的額定電流和額定電壓要小于等于變頻器的額定電流和電壓。因此，只有選擇合適的電動機額定電流和額定功率，才能夠匹配到合適的變頻器，使抽油機的節(jié)能效果達到最佳。4.3變頻技術(shù)的節(jié)能抽油機的應用。變頻技術(shù)節(jié)能抽油機能夠動態(tài)調(diào)節(jié)沖飲、無極調(diào)節(jié)上下行程的速度，來滿足油井負荷的需求，對泵的充滿度進行合理調(diào)整，提高抽油機的工作效率，增加油田的原油產(chǎn)量，降低電機的功率，從而實現(xiàn)抽油機的節(jié)能目的。對抽油機進行變頻調(diào)速，就是為了保證抽油泵一直處于充滿油液的狀態(tài)。這樣做的目的是為了提高抽油泵中原油的充滿度，使油井的供排系統(tǒng)達到動態(tài)協(xié)調(diào)狀態(tài)，降低提升過程的漏失系數(shù)，有效地防止發(fā)生抽油泵工作效率低和空抽的情況，從而保障油田的產(chǎn)量。除此之外，變頻器數(shù)節(jié)能抽油機還具有另外一個作用，通過選擇合適的電機為抽油機的平穩(wěn)運行提供保障。4.4變頻節(jié)能的控制策略。抽油機變頻節(jié)能控制策略主要有三種方式，一是簡單降速方式，二是變化沖床方式，三是專用變頻電源。首先，簡單降速方式。將變頻器直接安裝在電動機上來，降低電動機的運行頻率，使電動機的轉(zhuǎn)速下降，進而延長沖程時間，實現(xiàn)節(jié)約電能的目的。實踐表明，這種方法能夠使電能降低15%～30%左右。其次，變化沖程方式。采用游梁式抽油機能夠?qū)γ總€沖程下降和提升需要的頻率進行不同的設置。但這需要事先對油田的特點進行測量，測量出井下石油水分的比例，并對抽油泵的工作負荷進行計算，通過調(diào)節(jié)使抽油桿實現(xiàn)快速提升、緩速下降，這樣就可以降低抽油機的電能損耗。但這種方法需要對油水比例和抽油泵的工作負荷進行計算，相對來說比較復雜。最后，專用變頻電源。專用變頻電源是從電源系統(tǒng)入手進行優(yōu)化的，通過配置變頻電路電源系統(tǒng)，使電能實現(xiàn)雙向流動，進而減少電動機的功率損耗?，F(xiàn)階段，變頻電源在節(jié)能方面的效果比較突出，但該種方法也存在一定的不足，主要表現(xiàn)為變頻電源過于復雜和精密、設備成本高、環(huán)境適應性差。因此，專用變頻電源還具有很大的發(fā)展空間，希望通過不斷的改善，使專用變頻電源的不足得到優(yōu)化，使其能夠廣泛地應用到抽油機變頻節(jié)能控制中。

5結(jié)語

綜上所述，抽油機作為石油開采的必需設備，應用的十分廣泛。因此，對抽油機進行節(jié)能分析具有重要的研究價值和現(xiàn)實意義。通過采用變頻技術(shù)，不僅可以降低抽油機的能源消耗，還可以提高抽油機的工作效率，與社會發(fā)展的時代需求相吻合，有利于實現(xiàn)石油開采的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]呂晶,李宗芳,褚萬泉,胡瑞華,張佳林.抽油機節(jié)能方法與變頻技術(shù)合理應用研究[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量,2014,34(10):57.

[2]付卓召.抽油機節(jié)能方法和變頻技術(shù)的合理應用研究[J].化學工程與裝備,2015(03):117-118.

作者:徐洪兵 孟曉磊 王鑫 單位:渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機械制造分公司