1、抽油机及电机特性对其系统能耗影响摘要：分析了抽油机及电机特性对系统效率影响。在不改变电动机配置的情况下，抽油机平衡度越接近 100%地面效率越高。抽油机平衡度越高自然启动所需要的功率越小，电动机的配置功率就越小，从而提高电动机负载率和地面效率。 关键词：抽油机的平衡；节能 中图分类号： TE08 文献标识码：A 文章编号： 抽油机的平衡问题一直是影响整机运转。由于游梁式抽油机在上冲程时驴头需提起抽油杆柱和液柱，电动机要付出很大能量，而下冲程时抽杆柱依靠自身重量就可以下落。不但不需要电动机付出能量，反而对电动机作功，这样就使得电动机载荷不均匀，严重影响了四连杆机构、减速箱和电动机的速率和寿命，也
2、恶化了抽油杆和抽油泵的工作条件，因此必须合理的解决好平衡问题。 一、抽油机特性 常规游梁式抽油机为四连杆结构，驴头悬点连接的是有杆泵抽油装置，其承载的是交变负荷，在一个工作循环周期内上、下冲程的载荷相差很大，为了降低减速箱输出轴上的扭矩，减小电机运行功率，必须对悬点载荷进行平衡。对于常规曲柄平衡游梁式抽油机，由平衡特性决定了其平衡重作用在减速箱输出轴上的扭矩随时间的变化曲线是一条正弦曲线，而抽油机在运转过程中悬点载荷作用在减速箱输出轴上的扭矩随时间的变化曲线是一不规则的曲线，两者扭矩方向相反，相互抵消，起到降低减速箱输出轴净扭矩峰值的作用。但由于抽油机载荷扭矩和平衡扭矩有较大差异，不能很好地平
3、衡，因此作用在减速箱输出轴上的净扭矩仍波动很大，在一个工作循环周期内出现较高的“峰值”和较低“谷值” ，有时甚至还会出现负扭矩。净扭矩的大幅波动势必增加电机的能耗，同时需要加大电机的配置功率。常规游梁抽油机平衡性差是造成抽油装置效率低、能耗高的主要因素。 1.1 机械平衡 （1）曲柄平衡。其优点有结构简单，制造容易，可避免在游梁上造成过大的惯性力，其缺点就是调整较困难，它适合重型机。 （2）游梁平衡。其优点有平衡方式简单，可减小连杆、曲柄销曲柄的弯曲力，简化曲柄轴结构，其缺点就是大冲次时惯性大，当抽油机大时平衡效果不好，安装调节也不便，它适合小型机。 （3）复合平衡。就是集前两者的长处，兼有曲
4、柄平衡和游梁平衡的优点。它适合于大中型机子。我厂应用最多的是复合平衡的抽油机。其实调平衡还有一种公式计算法： 杆杆液（活杆） 式中：杆抽油杆柱在空气中的重力，；杆每米抽油杆在空气中的重度，查手册可知；抽油杆长度，；液活塞以上环形液柱重，；活活塞截面积，；杆抽油杆截面积，；杆抽油杆截面积，； 液抽汲液体重度，；游梁前，后臂工度，；抽油机本身的不平衡重（从抽油机出厂说明书查得） ；曲柄旋转作用半径，；曲曲柄平衡愉的重，。 这种方法虽然比较复杂，但可以测出准确的移动距离，但现场很少采用。现在采用的是钳形电流测试法，要点就是先将电流表调零，再选择合适的档位，钳口要垂直一场地线读值时，要眼睛、指针、刻度
5、成一条垂直于表盘平面的直线，分别读取上冲程和下冲程电流的峰值，然后用公式： 8 或 计算，如果算出的结果 0.8，也就是小电流与大电流的比值大于%为平衡，如果小于%就要调平衡。 1.2 建议 是否能在配电箱内安装一个小显示器，这样每天的电流可一目了然。也可让测井公司测示示功图时，连带电流也测出来，这样便于抽油井的分析管理。 二、常规电机特性 决定抽油机配套电机配置功率的依据是抽油机运行峰值功率和启抽时的启动力矩，由于抽油机启动时加速度大、惯性载荷大，而常规电机转差率小于 3%，机械特性“硬” ，导致启动力矩是实际负载平均功率力矩的 34 倍，甚至还要大，启动电流一般是电机额定运行电流的 6 倍
6、，是正常运行电流均值的 10 倍以上。抽油机越不平衡，所需启动力矩越大，为克服抽油机启动时的惯性和正常运行中产生的高负荷峰值，使电机功率配置过大，导致实际运行负载率低。统计 14 型抽油机所配电动机的平均负载率为 16.4%，造成“大马拉小车”的现象。目前，常规抽油机通常配置 Y 系列电动机，图 1 是该种电机的效率关系特性曲线（曲线 CD） ，电机负载率越低，效率越低。由图 1 可知，负载率低于 50%时，严重偏离高效区，导致运行效率和用电功率因数严重偏低。我们对 10 口 14 型机的拖动电机测试，电机负载率为 8.89%28.62%，电机效率为54.2%87.65%。其次是抽油机在运转过
7、程中减速箱输出轴功率随时间的周期性变化使电动机的运行负载率、运行电流、运行功率、运行功率因数、运行效率产生周期性的变化。电动机输出功率不稳定是导致功率因数降低、无功功率升高的原因之一。因此电动机负载率低是导致抽油电动机效率低的主要原因。 图 1 常规 Y 系列电机（曲线 CD）效率关系特性曲线 。 2.1 抽油机启动特性 要想实现游梁式抽油机高效节能，关键是要解决好平衡问题。因此从解决好抽油机平衡问题入手，提高平衡效果，降低电机运行功率的波动，改善抽油机启动特性，降低电机配置功率和运行功率，降低变压器配置容量，提高负载率和效率，从而降低地面抽油系统的能耗。 2.2 抽油机在运行时功耗最低的条件
8、 从理论上讲，上下冲程中电机所做的功相等且在时间上为一恒定值，反映在抽油机减速箱输出轴上的扭矩曲线是一条直线。但由于抽油机在运行时上下冲程中悬点载荷不一致，减速箱扭矩曲线是一条大幅波动的曲线，造成上下冲程中电机所做的功不相等，因此要设置抽油机平衡装置，其作用是在下冲程中把能量储存起来，在上冲程中利用储存的能量帮助电机做功，克服因上下冲程悬点载荷变化而造成减速箱扭矩大幅波动、电机做功大幅波动的状况，使电机做功趋于均衡。平衡状况越好，减速箱扭矩曲线越平滑，电机做功越均衡，电机消耗的无用功越小。抽油杆柱在液体中的重量是一定值，称之为静载荷，WL 作用在抽油泵活塞总面积上的液柱载荷、上冲程时泵吸入作用
9、在活塞上的载荷 Pi 只在上冲程中存在，在一个抽抽吸循环内是一定值，(WL-Pi)可称为净液柱载荷，记作, 和是抽油机悬点载荷的基本载荷；惯性载荷 I 在一个抽抽吸循环内随时间而变化，且与悬点加速度密切相关。在稀油直井中，载荷 Pb 井口回压产生的载荷、F 摩擦载荷、Pv 振动载荷在悬点载荷中所占的比重很小。因此基本载荷、惯性载荷的平衡是研究的重点，在针对不同的载荷特性，应采用不同的平衡方式，以达到最佳的平衡效果。 四、提高系统效率的方法 4.1 减小负载波动，提高系统负载率 （1）根据抽油机负载扭矩和平衡扭矩的相互关系，研究高效平衡技术，开发出平衡性能优异的新型抽油机（如调径变矩、下偏杠铃抽
10、油机和双驴头抽油机） ，并对常规抽油机进行平衡技术改造，减小净扭矩波动，提高负载率，降低配置功率。 （2）对供液能力不足的油井，研究油藏供液能力变化规律，采用间抽控制技术定时启停抽油机，维持抽油井始终处于一合理沉没率下工作，保持油井产量，减小抽油机悬点负荷波动。 （3）应用超高转差电动机减小抽油机启动惯性的影响，减小冲击负荷。配套应用内阻小、过载能力强的新型节能变压器，降低供电系统配置容量。 （4）按照无功就近补偿原则，应用成熟可靠的并联电容技术，采取单井无功自动控制补偿和变压器低压侧固定补偿相结合的综合补偿技术，在抽油机配电箱内通过主、副交流接触器实现连锁控制，提供电动机建立交变磁场所需的交
11、换电能，将包含 0.4kV 电网在内的整个采油电网运行功率因数提高到 0.85 以上，提高系统运行功率因数。 4.2 降低抽油系统装机功率 如 14 型抽油机配置变化为：抽油机净扭矩由约-2+6kN.m 降至约0+3.5kN.m（波动幅度由 8kN.m 下降为 3.5kN.m） ，电动机配置功率由75kw 降至 37kw，变压器容量由 160kVA 降至 40kVA，无功补偿容量由40kVA 下降为 15kVA。同时也为抽油机自动启抽，实现抽油井自动化管理提供了必要的条件。 四、结束语 通过对开采系统效率的研究，加深了对节能技术应用的认识。用抽油机负载的标准差平衡度（标准差与其平均值之比）显示抽油机负载的波动程度，把抽油机所能实现的标准差平衡度作为评价抽油机性能的关键指标。降低电动机的配置功率，提高电动机的负载率，按负载的大小和电动机的特性选择合适的电动机，使电动机尽可能地工作在高效区。有针对性地进行技术组合配套，可以有效提高油田开采系统效率。 参考文献： 1 王鸿勋，张琪等.采油工艺原理M.石油工业出版社，1989.
