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摘要：抽油机是将石油从地下开采到地上的采油设备，在采油机械中占有举足轻重的地位，在今后相当长的一段时间内仍是油田首选的采油设备。但是由于常规游梁式抽油机本身的结构特征，决定了其具有平衡效果差，曲柄轴净扭矩波动大，存在负扭矩、工作效率低和能耗大等缺点。本文主要从抽油机的优化、电机优化、参数的优化、设备的优化组合等四个方面简要论述了了一些优化和节能的方案，并对一些典型的设备进行着重介绍，希望对大家了解抽油机优化和节能的一些知识有所帮助，对提高本单位的采油设备经济运行起到一定的指导意义。
关键词：优化 电机 参数 优化组合
中图分类号：TQ172.75
1 引言
为提高或维持油田原油产量，需增加油井的产液量，随之而来的是举升设备的耗电量和维修工作量的增大，原油成本上升。因此为降低成本，我们首先根据油井条件，选择性价比高的举升设备，减少维护和运行费用；同是深入分析有杆抽油系统的能耗因素，找出其分布规律，提出有杆抽油系统经济运行的措施，降低原油吨油成本，使生产经营良性化、合理化。有杆抽油系统的能量损耗分为地面设备和井下设备两类，地面损耗主要是指电机的功率损失和机械摩擦损失，其大小反映了有杆抽油系统地面设备的运行状况。
2 设备优化有效节能
2.1 抽油机优化
常规游梁式抽油机自诞生以来，经历了各种工况和各种地域油田生产的考验，经久不衰，目前仍在国、内外普遍使用，其原因是常规游梁式抽油机具有结构简单、耐用、操作简便、维护费用低等明显优势，故而一直占据着有杆泵采油地面设备的主导地位。但由于其结构上的不合理性，使得常规游梁式抽油机无法解决“大马拉小车”、能耗高的缺点。抽油机的优化首先要对生产井的实际工作状况进行分析，选好机型。如果设备型号及工作参数与油层生产能力和油井条件不相适应，则不能保证抽油机高效率地工作。抽油机的选择可以利用计算选择法，其步骤如下：
（1）根据油井的可能最大产量，初步确定泵径、冲程和冲次，并确定需要的下泵深度和抽汲参数。
（2）计算悬点最大载荷和减速箱输出扭矩。
（3）查阅各型抽油机的技术规范表，选出需要的抽油机型号。
（4）初选后，再进行参数配合及抽油机和抽油杆柱的校核，如校核不合格，则调整后重新进行校核。
在实际应用中也可以根据经验进行选择，如一般产液量在120-200t/d的油井上选用14型机，产液量在60-120t/d的油井上选用10型机或12型机。
1.2 电机优化
电动机与采油井井况相匹配，进而达到提高电动机的效率和功率因数的目的，即采用高转差率电动机（转差率8%～13%）和超高转差率电动机代替常规转差率电动机（转差率小于5%）。美国Baldor 电器公司生产的高转差率电动机驱动抽油机可提高功率因数7 4%，节电22.7%；在国内，超高转差率电动 机有功节电率为10.56%，综合节电率为17.42%；还有采用同步电机、变频器等，但因造价高，难以推广。
合理配置电动机，提高电动机的负载率是提高抽油机井系统效率的有效途径。电动机的合理负载率应在40%一53%之间，当负载率低于40%时，会出现“大马拉小车”的现象，浪费大量电能。这时应更换额定功率比较小的电动机。在更换电机时必须考虑电动机的电流是否过载。
选好电机后，还要根据实际情况合理选择接线方式。例如超高转差电机，当载荷轻、输入功率较小时，采用低转矩，较高转差率接线模式，载荷较重时，输入功率较大，采用较高转矩，较低转差率接线模式。
2.3参数优化
抽油机井的参数优化对提高系统效率，降低能耗有明显效果。同时参数优化具有投资少、见效快、资金回收期短的特点，因此参数优化是以较小投资获得较大经济效益的好方法。
参数优化首先要与油井的供液能力相适应，同时以能量消耗最低为基本原则，并根据实际情况的不同选择不同调参方案。如对于油比较稠的井，参数选择可以采用大泵，大冲程，低冲次，对于正常井，可以采取适当增加沉没度，减少泵吸入口处的自由气量来提高泵的充满系数。对于连喷带抽的井——具有自喷能力的井，可以选用高冲次快速抽汲。
调整抽汲参数的目的就是要保持合理的举升高度，随着举升高度的增加，抽油机井的系统效率也增加，但不是线性关系，达到一定程度将不再上升。因此，为了提高抽油机井的系统效率，就要保持适当的举升高度。实验表明在下泵不超过1100m的情况下，举升高度在400-600m是较为合适的。
2.4设备的优化组合
2.4.1杆管偏磨优化
在示功图显示油井供液不足的情况下，可以调小地面参数。调小参数的目的，目前有以下两点：（1）降低理论排量，提高泵效、系统效率等采油工程经济技术指标， 降低能耗；（2）通过调小地面参数，提高深井泵的沉没度， 减轻低沉没度对管杆偏磨的影响程度。
2.4.2井口摩擦损失的优化
为了减少井口摩擦损失，可以采用调心式防喷盒与柔性石墨密封材料和光杆配合，来代替原来普通防喷盒与橡胶类密封材料的抽油杆配合的传统组合方式，其能量损失可以减少90%左右，而且石墨密封材料易于填充，方便管理。
2.4.3节能电机及节能配电箱的优化组合
抽油机、电机及配电箱的组合是否合适，对节能效果影响很大。因此在组合之前要深入了解各自的特点，以及节电原理，避免重复投入。例如，偏轮抽油机是在普通游梁抽油机后臂增设两根杆件，其端部与游梁后端连杆铰接构成六连杆机构，这种结构使上冲程加速度明显降低，延长了上冲程时间，降低了扭矩峰值，达到节能的目的。而高转差电机的节电原理同样是延长上冲程时间，减慢提拉速度和加速度，降低扭矩峰值，进而减少耗电量。双驴头抽油机和偏轮游梁抽油机都具有装机容量小的特点，其本身装配电动机额定功率小，所以电机在运行时其负载率基本超过30%，星一角转换式抽油机节电箱，其转换范围使电机的负载率小于30%。
永磁同步电动机节电原理是转子转速与定子旋转磁场完全同步，无转差损耗，转子不需要外加励磁电源，消除了励磁损耗，因此具有功率因数较高且曲线平坦的特点。而无功补偿主要是以提高功率因数，降低无功损耗为目的。
由于现场条件的复杂，抽油机、电机、配电箱之间如何组合使用才能达到最优，应根据实际情况来选择，这方面还需进一步的测试和研究。
3 结论与认识
（1）抽油机井的日产液量和电机的有功功率是影响机采系统效率的最终因素。日产液量和有功功率的高低又受到地层供液能力、井筒工况、地面设备和流程设施工作状况等的影响。
（2）有效扬程、动液面深度、泵挂深度、泵沉没度是相互联系的整体 ，采取措施时应进行综合考虑。
（3）提高抽油机系统效率是一个系统工程 ，需要从整体上进行分析和调整 ，实现最优化的配置 ，才能最大限度地提高系统效率。只有通过改善地层供液状况，优化生产参数 ，合理配置地面拖动系统 ，精细设备设施的维护管理 ，才能有效提高抽油机井的系统效率 ，实现抽油机井的高效生产。
参考文献
[1]王常斌.游梁式抽油机运动参数的精确解.石油学报，1998，19（2）：23-26.
[2]刘俊荣主编.辽河油田开发技术座谈会文集[M].北京：石油工业出版社，2002
[3]王鸿勋 张琪等编.采油工藝原理[M].北京：石油工业出版社，1981
关键词：优化 电机 参数 优化组合
中图分类号：TQ172.75
1 引言
为提高或维持油田原油产量，需增加油井的产液量，随之而来的是举升设备的耗电量和维修工作量的增大，原油成本上升。因此为降低成本，我们首先根据油井条件，选择性价比高的举升设备，减少维护和运行费用；同是深入分析有杆抽油系统的能耗因素，找出其分布规律，提出有杆抽油系统经济运行的措施，降低原油吨油成本，使生产经营良性化、合理化。有杆抽油系统的能量损耗分为地面设备和井下设备两类，地面损耗主要是指电机的功率损失和机械摩擦损失，其大小反映了有杆抽油系统地面设备的运行状况。
2 设备优化有效节能
2.1 抽油机优化
常规游梁式抽油机自诞生以来，经历了各种工况和各种地域油田生产的考验，经久不衰，目前仍在国、内外普遍使用，其原因是常规游梁式抽油机具有结构简单、耐用、操作简便、维护费用低等明显优势，故而一直占据着有杆泵采油地面设备的主导地位。但由于其结构上的不合理性，使得常规游梁式抽油机无法解决“大马拉小车”、能耗高的缺点。抽油机的优化首先要对生产井的实际工作状况进行分析，选好机型。如果设备型号及工作参数与油层生产能力和油井条件不相适应，则不能保证抽油机高效率地工作。抽油机的选择可以利用计算选择法，其步骤如下：
（1）根据油井的可能最大产量，初步确定泵径、冲程和冲次，并确定需要的下泵深度和抽汲参数。
（2）计算悬点最大载荷和减速箱输出扭矩。
（3）查阅各型抽油机的技术规范表，选出需要的抽油机型号。
（4）初选后，再进行参数配合及抽油机和抽油杆柱的校核，如校核不合格，则调整后重新进行校核。
在实际应用中也可以根据经验进行选择，如一般产液量在120-200t/d的油井上选用14型机，产液量在60-120t/d的油井上选用10型机或12型机。
1.2 电机优化
电动机与采油井井况相匹配，进而达到提高电动机的效率和功率因数的目的，即采用高转差率电动机（转差率8%～13%）和超高转差率电动机代替常规转差率电动机（转差率小于5%）。美国Baldor 电器公司生产的高转差率电动机驱动抽油机可提高功率因数7 4%，节电22.7%；在国内，超高转差率电动 机有功节电率为10.56%，综合节电率为17.42%；还有采用同步电机、变频器等，但因造价高，难以推广。
合理配置电动机，提高电动机的负载率是提高抽油机井系统效率的有效途径。电动机的合理负载率应在40%一53%之间，当负载率低于40%时，会出现“大马拉小车”的现象，浪费大量电能。这时应更换额定功率比较小的电动机。在更换电机时必须考虑电动机的电流是否过载。
选好电机后，还要根据实际情况合理选择接线方式。例如超高转差电机，当载荷轻、输入功率较小时，采用低转矩，较高转差率接线模式，载荷较重时，输入功率较大，采用较高转矩，较低转差率接线模式。
2.3参数优化
抽油机井的参数优化对提高系统效率，降低能耗有明显效果。同时参数优化具有投资少、见效快、资金回收期短的特点，因此参数优化是以较小投资获得较大经济效益的好方法。
参数优化首先要与油井的供液能力相适应，同时以能量消耗最低为基本原则，并根据实际情况的不同选择不同调参方案。如对于油比较稠的井，参数选择可以采用大泵，大冲程，低冲次，对于正常井，可以采取适当增加沉没度，减少泵吸入口处的自由气量来提高泵的充满系数。对于连喷带抽的井——具有自喷能力的井，可以选用高冲次快速抽汲。
调整抽汲参数的目的就是要保持合理的举升高度，随着举升高度的增加，抽油机井的系统效率也增加，但不是线性关系，达到一定程度将不再上升。因此，为了提高抽油机井的系统效率，就要保持适当的举升高度。实验表明在下泵不超过1100m的情况下，举升高度在400-600m是较为合适的。
2.4设备的优化组合
2.4.1杆管偏磨优化
在示功图显示油井供液不足的情况下，可以调小地面参数。调小参数的目的，目前有以下两点：（1）降低理论排量，提高泵效、系统效率等采油工程经济技术指标， 降低能耗；（2）通过调小地面参数，提高深井泵的沉没度， 减轻低沉没度对管杆偏磨的影响程度。
2.4.2井口摩擦损失的优化
为了减少井口摩擦损失，可以采用调心式防喷盒与柔性石墨密封材料和光杆配合，来代替原来普通防喷盒与橡胶类密封材料的抽油杆配合的传统组合方式，其能量损失可以减少90%左右，而且石墨密封材料易于填充，方便管理。
2.4.3节能电机及节能配电箱的优化组合
抽油机、电机及配电箱的组合是否合适，对节能效果影响很大。因此在组合之前要深入了解各自的特点，以及节电原理，避免重复投入。例如，偏轮抽油机是在普通游梁抽油机后臂增设两根杆件，其端部与游梁后端连杆铰接构成六连杆机构，这种结构使上冲程加速度明显降低，延长了上冲程时间，降低了扭矩峰值，达到节能的目的。而高转差电机的节电原理同样是延长上冲程时间，减慢提拉速度和加速度，降低扭矩峰值，进而减少耗电量。双驴头抽油机和偏轮游梁抽油机都具有装机容量小的特点，其本身装配电动机额定功率小，所以电机在运行时其负载率基本超过30%，星一角转换式抽油机节电箱，其转换范围使电机的负载率小于30%。
永磁同步电动机节电原理是转子转速与定子旋转磁场完全同步，无转差损耗，转子不需要外加励磁电源，消除了励磁损耗，因此具有功率因数较高且曲线平坦的特点。而无功补偿主要是以提高功率因数，降低无功损耗为目的。
由于现场条件的复杂，抽油机、电机、配电箱之间如何组合使用才能达到最优，应根据实际情况来选择，这方面还需进一步的测试和研究。
3 结论与认识
（1）抽油机井的日产液量和电机的有功功率是影响机采系统效率的最终因素。日产液量和有功功率的高低又受到地层供液能力、井筒工况、地面设备和流程设施工作状况等的影响。
（2）有效扬程、动液面深度、泵挂深度、泵沉没度是相互联系的整体 ，采取措施时应进行综合考虑。
（3）提高抽油机系统效率是一个系统工程 ，需要从整体上进行分析和调整 ，实现最优化的配置 ，才能最大限度地提高系统效率。只有通过改善地层供液状况，优化生产参数 ，合理配置地面拖动系统 ，精细设备设施的维护管理 ，才能有效提高抽油机井的系统效率 ，实现抽油机井的高效生产。
参考文献
[1]王常斌.游梁式抽油机运动参数的精确解.石油学报，1998，19（2）：23-26.
[2]刘俊荣主编.辽河油田开发技术座谈会文集[M].北京：石油工业出版社，2002
[3]王鸿勋 张琪等编.采油工藝原理[M].北京：石油工业出版社，1981