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[摘 要]节能低碳已经成为21世纪的主题之一，石油开采中的节能也开始得到重视。石油是我国经济运行的命脉，石油储藏越多，我国经济发展越有保障。在我国现阶段，石油设备的节能方面还有待创新研究，耗能高、抽油机用量大，要减少采油成本，设备上节能也得下工夫，尤其是抽油机节能是重点研究对象。
[关键词]抽油机 节能 措施
中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
一、抽油机概述
抽油机是石油钻采机械中最常用的采油机械设备。抽油机的种类繁多。从采油方式上可分为两类，即有杆类采油设备和无杆类采油设备。有杆类采油设备又可分为抽油杆往复运动类（国内外大量使用的游梁式抽油机和无游梁式抽油机）和旋转运动类（如电动潜油螺杆泵）；无杆类采油设备也可分为电动潜油离心泵，液压驱动类（如水力活塞泵）和气举采油设备。
二、抽油机节能存在的问题
（一）效率低下，能耗大
当油层的能量不能够维持自喷时，必须人为从地面补充能量，才能把原有举升出井口。如果是用机械能量把油采出地面，就称为机械采油。我国所有有机采井中抽油机井占85%，在采油过程中，抽油机耗电量占油田总耗量的1/4，由于抽油机自身设备结构特点，大量的能量（70%左右）在传递过程中白白浪费。抽油机固有的设计和运行特点与现场施工相比，不可避免地出现了大马拉小车的不合理匹配。抽油机PH点的负载在现场也从未出现过，抽油机的实际负载率普遍偏低，绝大部分负载在电动机额定功率（指输出功率）20%～30%左右，最高也不会超过50%。这样运行对普通电动机而言，其效率和功率因数特低。
（二）空抽
由于抽油机是按照油井最大化的抽取量来进行选择的，并且还留有设计余量。另外，随着油井由浅入深的抽取，井中油面逐渐下降、地下油量越来越少，泵的充满度越来越不足，直到最后发生空抽的现象，如果不加以控制，就会白白地浪费大量的电能。
（三）设备老化
抽油机老化严重，有些抽油机净值早已折旧没了，新度系数极低，而在一个中型油田企业抽油机每年的折旧就达上亿元，仅凭产能新增抽油机根本不能改善抽油机整体技术状况差、新度系数低的现状，并且需要投入大量的资金，逐年有计划地进行更新或技术改造。资金的缺乏给技术装备的节能增加了很大的难度。
（四）运行工况恶劣
抽油机基本是在室外露天环境下工作，一年四季风吹雨晒，工况环境十分恶劣。抽油机又分布在广阔的油田区域，给维护保养等管理工作带来极大困难，润滑不足、设备锈蚀等现象普遍存在，不但使设备的安全性和可靠性降低，更使各部件摩擦增大，带来能量损失的加大。
三、抽油机节能措施
1.对电动机进行变频节能改造
电动机是抽油机的重要组成部分，电动机的能耗量较大，可以采用变频技术进行改造，从而实现节能的目的。在设计变频式电动机时，应从结构设计和电磁设计入手：（1）结构设计。在设计变频式电动机的过程中应注意减少振动、冷卻等所产生的能耗，首先，可以利用独立电动机驱动散热风扇，从而起到强迫冷却的效果；其次，应在保证电动机整体刚性及构件刚性的基础上，尽量提升电动机工作频率，以便可以减少共振现象及降低噪声；第三，如电动机的容量在160KW以上，则可在轴承上安装适合的绝缘构件，以避免因轴电流过大而导致轴承受损；如电动机具有恒定的功率，且转速在3000/min以上，则可将润滑脂涂于轴承表面，以避免轴承温度过高及减少磨损。此外，应注意对电动机线匝的绝缘强度进行优化，使电动机的对地绝缘强度可以达到F级以上。（2）电磁设计。优化电磁设计的主要目的在于提高电动机适应非正弦波供电电源的能力，设计方式如下：首先，应尽量将电动机转子电阻及定子电阻减小，以便能够使基波铜耗率得以降低。其次，根据电动机实际运行情况适当增加电感，以便可以有效减少电流高次谐波的产生，同时确保漏抗大小与电动机调速阻抗范围相匹配。第三，采用不饱和设计的方法改造主磁路，避免在高次谐波出现的情况下导致磁路饱和度过大。
3.2 对原有设备进行节能改造
油田使用的抽油机数量多，种类复杂，所以从经济的角度考虑，对原有抽油机进行节能改造是最为可行的。改造主要针对耗能高的游梁式抽油机，改造方案大体有两种，将其改造成双驴头抽油机或者将其改造为下偏杠铃式抽油机，改造能够有效利用旧有设备，针对主要部位和配件进行升级，提高其运行的能力同时达到节能的作用。对原有抽油机进行节能改造还包括对原有抽油机的电机进行安装或更换，安装节能装置或者通过改装将其转变为能够智能切换功率的电机，都能够达到很好的节能效果。该项措施主要是针对老油井而言，因为在资金投入上具有一定的优势。
3.3 从管理上进行优化
要想实现抽油机的节能效果，管理是关键的措施。影响抽油机效率的因素很多，对其都要进行管理和控制，例如皮带、减速箱、平衡度、冲程等等，所以对抽油机要进行定期的检修，对于影响运行的不良状况及时进行调整和更换，避免抽油机带病工作，减少高能耗的运行。在管理中还要对抽油机的平衡度进行动态的管理和控制，因为平衡度对抽油机的能耗有着较大的影响，一般来说要将平衡度控制在85%～100%之间，这样才能保证抽油机的运行效率和节能的双重效果。
3.4 提高抽油机的功率和降低其最大负荷
首先，提高抽油机的功率要通过提高泵效来实现，对此要对每一个油井进行特性分析，采用具体的提高泵效的技术方法，例如对油气较高的油井可以安装气锚、对于较为粘稠的油井可以采取相应的降粘措施，在提高泵效的措施上还要加强对降低冲程的技术研究，通过更加有效的油管锚定措施来降低冲程损失，达到节能的目的。
其次，要降低抽油机的最大负载，主要是减少大直径抽油杆的应用，当然，这一措施的实施要以保证合理应力范围为前提。因为试验研究表明，载荷是与抽油杆的直径成正比的，抽油杆直径越小，载荷越小，同时电机的功率也随之降低，抽油机整体的运行效率也有相应的提高。所以应当在满足生产需要的前提下，尽量选用小泵，即泵径较小的泵，这样既能提高系统运行效率，还能够达到节能的目的。
4 结语
为了能够降低抽油机的能耗及实现节能，则应注意利用多种节能技术对抽油机进行改造，并注意采用科学的方法管理抽油机，对冲程进行合理设计，以便可以有效减少无效做功。油田生产中抽油机的应用非常重要，所以抽油机的节能研究具有重要意义，抽油机节能是一项复杂的系统性工程，可采用的措施也很多，对不同的油井要具体情况具体分析，根据实际情况采用新节能设备或者对原有抽油机进行节能技术改造，按照效率性与经济性的比较进行选择应用。同时要不断在管理上进行优化控制，综合运用各项措施来实现抽油机的节能目标。
参考文献
[1] 段秉红，张基春.游梁式抽油机和电动机配套选择模板研究[J].石油矿场机械，2009，38（6）：17-21.
[2] 常瑞清，刘建春.常规抽油机节能潜力分析[J].油气田地面工程，2008，27（2）.
[3] 丁代淑.石西油田双驴头游梁平衡前置型抽油机节能机理和节能方法研究[J].中国石油和化工标准与质量，2012，33（15）.
[关键词]抽油机 节能 措施
中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
一、抽油机概述
抽油机是石油钻采机械中最常用的采油机械设备。抽油机的种类繁多。从采油方式上可分为两类，即有杆类采油设备和无杆类采油设备。有杆类采油设备又可分为抽油杆往复运动类（国内外大量使用的游梁式抽油机和无游梁式抽油机）和旋转运动类（如电动潜油螺杆泵）；无杆类采油设备也可分为电动潜油离心泵，液压驱动类（如水力活塞泵）和气举采油设备。
二、抽油机节能存在的问题
（一）效率低下，能耗大
当油层的能量不能够维持自喷时，必须人为从地面补充能量，才能把原有举升出井口。如果是用机械能量把油采出地面，就称为机械采油。我国所有有机采井中抽油机井占85%，在采油过程中，抽油机耗电量占油田总耗量的1/4，由于抽油机自身设备结构特点，大量的能量（70%左右）在传递过程中白白浪费。抽油机固有的设计和运行特点与现场施工相比，不可避免地出现了大马拉小车的不合理匹配。抽油机PH点的负载在现场也从未出现过，抽油机的实际负载率普遍偏低，绝大部分负载在电动机额定功率（指输出功率）20%～30%左右，最高也不会超过50%。这样运行对普通电动机而言，其效率和功率因数特低。
（二）空抽
由于抽油机是按照油井最大化的抽取量来进行选择的，并且还留有设计余量。另外，随着油井由浅入深的抽取，井中油面逐渐下降、地下油量越来越少，泵的充满度越来越不足，直到最后发生空抽的现象，如果不加以控制，就会白白地浪费大量的电能。
（三）设备老化
抽油机老化严重，有些抽油机净值早已折旧没了，新度系数极低，而在一个中型油田企业抽油机每年的折旧就达上亿元，仅凭产能新增抽油机根本不能改善抽油机整体技术状况差、新度系数低的现状，并且需要投入大量的资金，逐年有计划地进行更新或技术改造。资金的缺乏给技术装备的节能增加了很大的难度。
（四）运行工况恶劣
抽油机基本是在室外露天环境下工作，一年四季风吹雨晒，工况环境十分恶劣。抽油机又分布在广阔的油田区域，给维护保养等管理工作带来极大困难，润滑不足、设备锈蚀等现象普遍存在，不但使设备的安全性和可靠性降低，更使各部件摩擦增大，带来能量损失的加大。
三、抽油机节能措施
1.对电动机进行变频节能改造
电动机是抽油机的重要组成部分，电动机的能耗量较大，可以采用变频技术进行改造，从而实现节能的目的。在设计变频式电动机时，应从结构设计和电磁设计入手：（1）结构设计。在设计变频式电动机的过程中应注意减少振动、冷卻等所产生的能耗，首先，可以利用独立电动机驱动散热风扇，从而起到强迫冷却的效果；其次，应在保证电动机整体刚性及构件刚性的基础上，尽量提升电动机工作频率，以便可以减少共振现象及降低噪声；第三，如电动机的容量在160KW以上，则可在轴承上安装适合的绝缘构件，以避免因轴电流过大而导致轴承受损；如电动机具有恒定的功率，且转速在3000/min以上，则可将润滑脂涂于轴承表面，以避免轴承温度过高及减少磨损。此外，应注意对电动机线匝的绝缘强度进行优化，使电动机的对地绝缘强度可以达到F级以上。（2）电磁设计。优化电磁设计的主要目的在于提高电动机适应非正弦波供电电源的能力，设计方式如下：首先，应尽量将电动机转子电阻及定子电阻减小，以便能够使基波铜耗率得以降低。其次，根据电动机实际运行情况适当增加电感，以便可以有效减少电流高次谐波的产生，同时确保漏抗大小与电动机调速阻抗范围相匹配。第三，采用不饱和设计的方法改造主磁路，避免在高次谐波出现的情况下导致磁路饱和度过大。
3.2 对原有设备进行节能改造
油田使用的抽油机数量多，种类复杂，所以从经济的角度考虑，对原有抽油机进行节能改造是最为可行的。改造主要针对耗能高的游梁式抽油机，改造方案大体有两种，将其改造成双驴头抽油机或者将其改造为下偏杠铃式抽油机，改造能够有效利用旧有设备，针对主要部位和配件进行升级，提高其运行的能力同时达到节能的作用。对原有抽油机进行节能改造还包括对原有抽油机的电机进行安装或更换，安装节能装置或者通过改装将其转变为能够智能切换功率的电机，都能够达到很好的节能效果。该项措施主要是针对老油井而言，因为在资金投入上具有一定的优势。
3.3 从管理上进行优化
要想实现抽油机的节能效果，管理是关键的措施。影响抽油机效率的因素很多，对其都要进行管理和控制，例如皮带、减速箱、平衡度、冲程等等，所以对抽油机要进行定期的检修，对于影响运行的不良状况及时进行调整和更换，避免抽油机带病工作，减少高能耗的运行。在管理中还要对抽油机的平衡度进行动态的管理和控制，因为平衡度对抽油机的能耗有着较大的影响，一般来说要将平衡度控制在85%～100%之间，这样才能保证抽油机的运行效率和节能的双重效果。
3.4 提高抽油机的功率和降低其最大负荷
首先，提高抽油机的功率要通过提高泵效来实现，对此要对每一个油井进行特性分析，采用具体的提高泵效的技术方法，例如对油气较高的油井可以安装气锚、对于较为粘稠的油井可以采取相应的降粘措施，在提高泵效的措施上还要加强对降低冲程的技术研究，通过更加有效的油管锚定措施来降低冲程损失，达到节能的目的。
其次，要降低抽油机的最大负载，主要是减少大直径抽油杆的应用，当然，这一措施的实施要以保证合理应力范围为前提。因为试验研究表明，载荷是与抽油杆的直径成正比的，抽油杆直径越小，载荷越小，同时电机的功率也随之降低，抽油机整体的运行效率也有相应的提高。所以应当在满足生产需要的前提下，尽量选用小泵，即泵径较小的泵，这样既能提高系统运行效率，还能够达到节能的目的。
4 结语
为了能够降低抽油机的能耗及实现节能，则应注意利用多种节能技术对抽油机进行改造，并注意采用科学的方法管理抽油机，对冲程进行合理设计，以便可以有效减少无效做功。油田生产中抽油机的应用非常重要，所以抽油机的节能研究具有重要意义，抽油机节能是一项复杂的系统性工程，可采用的措施也很多，对不同的油井要具体情况具体分析，根据实际情况采用新节能设备或者对原有抽油机进行节能技术改造，按照效率性与经济性的比较进行选择应用。同时要不断在管理上进行优化控制，综合运用各项措施来实现抽油机的节能目标。
参考文献
[1] 段秉红，张基春.游梁式抽油机和电动机配套选择模板研究[J].石油矿场机械，2009，38（6）：17-21.
[2] 常瑞清，刘建春.常规抽油机节能潜力分析[J].油气田地面工程，2008，27（2）.
[3] 丁代淑.石西油田双驴头游梁平衡前置型抽油机节能机理和节能方法研究[J].中国石油和化工标准与质量，2012，33（15）.