论文部分内容阅读
[摘 要]在当前石油开采难度增大的情况下，要保证原油产量，并达到节能减排的要求，就必须研发新的节能控制技术，并对现有的抽油设备进行必要的改造，才能节约能源，提高抽油机的工作效率、延长使用寿命，并提高企业的经济效益。
[关键词]油田生产；抽油机；节能控制
中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0022-01
目前机械采油已成为国内各油田主要的原油开采方式。机采方式又分为抽油机采油、螺杆泵采油和电泵采油。其中抽油机在油田开采中的应用量非常大，是很重要的开采装备。传统的抽油机需要高速运转，普遍存在着起动冲击大，运行耗能多，效率低下、断杆、烧电机等等诸多问题。如果能把现有的抽油机的能耗降下来，将为油田的生产节约大量成本，大幅提高油田有经济效益。
一、抽油机的发展特点
抽油机的使用已超过100年的历史，从二十世纪五十年代开始，我国逐渐的使用前苏联的游糧式抽油机，在此期间，我国工业的生产也得到了一定程度的提高，科学技术也得到了一定的提高，六十年代到七十年代苏联的抽油机也逐渐地更新了机器的外表设计与内部结构功能。在中国直到八十年代才实现抽油机的全部国产化，在八十年代我国科学技术得到了前所未有的突破，特别是在抽油机的问题上，逐渐的有了自己的品牌，这是中国石油开采、生产发展的一大突破。
近年来的抽油机发展特点主要是适应了可靠性、经济性和发展性等等。我国的抽油机技术的发展逐渐地能够适应了大负荷的工作量和强大的工作程度，降低了工作的变化范围与形式，改变了工作性能，运转更加平稳，工作效率更加高了，也更加的节能，再减小了机器体积的同时，在提高性能的同时也加大了使用的范围，降低了对环境的适应要求，加强了远程控制与自测能力的检测。
二、采油系统节能控制技术应用必要性
抽油机中最为常用的是常规游梁式抽油机，其开采的油量占全部机械采油的 80% 以上，这种抽油机具有结构简单、制造容易、可靠性高、耐久性好、维修方便等特点，但这些特点也决定了常规游梁式抽油机载荷率低、效率低和能耗大等缺点。我国 90%以上的油井需要抽油机采油，使抽油机能耗占到了采油成本的 40% 以上，仅次于注水成本。另外，随着科学技术的不断进步，新型的抽油机也不断的出现，如国产数控抽油机、链条式抽油机、液压抽油机等等，但这些新型的抽油机都存在着一些问题如价格昂贵、性能不可靠、维修保养不方便、操作技术要求高等，这些问题限制了新型抽油机的进一步推广使用。因此研究开发新型节能型抽油机和对现有的抽油机进行节能控制显得非常重要，这对降低采油成本，提高油田企业的经济效益及达到国家节能减排的要求具有非常重要的意义。
三、抽油机能耗大的原因及解决方案
抽油机能耗大的主要原因是：①由于曲柄配重形成几何偏心，转动惯量极大，必须要配套大容量电机才能正常启动，而运转时又导致了大马拉小车现象，使无功损耗增加；②不同的曲柄角度的平衡效果是不一样的，平衡效果越差，能耗就越大；③抽油杆下落时所释放的机械能除了部分转变成平衡重的位能，还有部分通过电机的再生发电状态转化成了电能，但所产生电能又不能被电网全部吸收，造成了能量的浪费；④负转矩的存在又加速了曲柄销的破坏，使减速器的齿轮经常受反向负荷，降低了抽油机的使用寿命。
抽油机采油系统可以分为以下几个子系统：电动机及控制装置、连杆机构、悬点载荷平衡装置和传动元件。降低抽油机能耗可以从几个子系统方面入手，目前的节能技术研究主要是对抽油机本身的机械结构进行改造，而达到节能的目的。一是减少传动机构，减少运动件，从而减少摩擦，降低传动所需的动能，提高机械效率。二是改变平衡方式，减少启动所需的功率，从而减小装机功率，改变大马拉小车的现象。三是针对现有抽油机安装节能控制装置。
四、抽油机节能控制技术的应用
1 改进抽油机的结构
优化设计抽油机四杆机构和改变抽油机平衡方式，从而改变抽油机曲柄轴净扭矩曲线，达到减小负扭矩目的，使扭矩波动趋于平缓，减小抽油机的周期载荷系数，以提高电动机的工作效率，达到节能的目的。通过改进抽油机的结构，成为新一代的节能型抽油机，主要有异相曲柄平衡抽油机、直线电机式抽油机、双驴头抽油机、前置式抽油机、渐开线抽油机等，这些新型节能型抽油机在保持常规游梁式抽油机的优点的基础上，还具有了低冲次节能和系统效率高等优点。其中，渐开线抽油机是其中的典型代表，不但节能效果好，还使曲柄轴净扭矩曲线变化平缓，消除了负扭矩，降低了减速箱额定扭矩，减少了装机功能，是新型抽油机的研发的主要方向。
2 电机定子绕组调压控制技术
因游梁式抽油机的装机功率较大，只在启动时才负荷运转，根据游梁式抽油机的实际运行情况来看，工作的功率仅为装机功率的三分之一左右，针对这种大马拉小车的情况，采用继电接触器对抽油机电动机定子绕组进行切换，来实现对电机调压的目的，达到有效降压节能的效果。抽油机要求启动转矩大，启动时定子绕组接成三角形，当启动后正常工作时，定子绕组就会改变接法，改为星接法，通过改变电机定子绕组的接法实现减压的功能，从而减少了电量的浪费。
3 节能控制装置的应用
根据基本原理，节能控制装置可为两类，一种是变频控制装置，另一种是电能跟踪回馈装置。变频控制装置可以根据需要改变电源频率，降低电机的转速，减小电机的功率，改善电网环境，实现电机软启动，降低了能耗。但该类装置存在着频率降低时，冲次变小，影响油井的产量的缺点。电能跟踪补偿装置使用的是晶闸管调压调流控制技术，利用集成控制模块动态的根据负载变化来调节输入电机的电压和电流，电流始终保持在适合抽油机工作的状态上，保证电动机的输出功率与负荷需求精确匹配。这种装置可以自动跟随控制，在不减少抽油量的前提下实现节能效果。这类装置配还具有软启动功能，减少了冲击电流对电机绝缘的破坏、降低电机运行温度、延长使用寿命，提高了抽油机的适用性，达到高效节能的目的。
五、结语
当代是一个科技发达的时代，时代的发展需要科技的不断创新，要让国家的发展在先进的科学技术的基础之上崛起，抽油机将会成为世界油田生产中的重要举升措施，希望我国的石油开采技术能够得到较好的发展与突破。
参考文献
[1] 邬亦炯.论抽油机的平衡相位角与节能——从“游梁式抽油机曲柄平衡重安装方式的探讨”一文谈起[J]. 石油机械，1987，（1）.
[2] 马驰骋，樊军.抽油机自适应控制系统的研究及应用[J].机床与液压，2014，（2）.
[3] 张博，冯小彦.新型抽油机节能控制器相关问题探讨[J].现代制造技术与装备，2014，（1）.
[4] 刘文宝.游梁式抽油机节能现状和技术创新探讨[J].科技与创新，2014，（15）.
[关键词]油田生产；抽油机；节能控制
中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0022-01
目前机械采油已成为国内各油田主要的原油开采方式。机采方式又分为抽油机采油、螺杆泵采油和电泵采油。其中抽油机在油田开采中的应用量非常大，是很重要的开采装备。传统的抽油机需要高速运转，普遍存在着起动冲击大，运行耗能多，效率低下、断杆、烧电机等等诸多问题。如果能把现有的抽油机的能耗降下来，将为油田的生产节约大量成本，大幅提高油田有经济效益。
一、抽油机的发展特点
抽油机的使用已超过100年的历史，从二十世纪五十年代开始，我国逐渐的使用前苏联的游糧式抽油机，在此期间，我国工业的生产也得到了一定程度的提高，科学技术也得到了一定的提高，六十年代到七十年代苏联的抽油机也逐渐地更新了机器的外表设计与内部结构功能。在中国直到八十年代才实现抽油机的全部国产化，在八十年代我国科学技术得到了前所未有的突破，特别是在抽油机的问题上，逐渐的有了自己的品牌，这是中国石油开采、生产发展的一大突破。
近年来的抽油机发展特点主要是适应了可靠性、经济性和发展性等等。我国的抽油机技术的发展逐渐地能够适应了大负荷的工作量和强大的工作程度，降低了工作的变化范围与形式，改变了工作性能，运转更加平稳，工作效率更加高了，也更加的节能，再减小了机器体积的同时，在提高性能的同时也加大了使用的范围，降低了对环境的适应要求，加强了远程控制与自测能力的检测。
二、采油系统节能控制技术应用必要性
抽油机中最为常用的是常规游梁式抽油机，其开采的油量占全部机械采油的 80% 以上，这种抽油机具有结构简单、制造容易、可靠性高、耐久性好、维修方便等特点，但这些特点也决定了常规游梁式抽油机载荷率低、效率低和能耗大等缺点。我国 90%以上的油井需要抽油机采油，使抽油机能耗占到了采油成本的 40% 以上，仅次于注水成本。另外，随着科学技术的不断进步，新型的抽油机也不断的出现，如国产数控抽油机、链条式抽油机、液压抽油机等等，但这些新型的抽油机都存在着一些问题如价格昂贵、性能不可靠、维修保养不方便、操作技术要求高等，这些问题限制了新型抽油机的进一步推广使用。因此研究开发新型节能型抽油机和对现有的抽油机进行节能控制显得非常重要，这对降低采油成本，提高油田企业的经济效益及达到国家节能减排的要求具有非常重要的意义。
三、抽油机能耗大的原因及解决方案
抽油机能耗大的主要原因是：①由于曲柄配重形成几何偏心，转动惯量极大，必须要配套大容量电机才能正常启动，而运转时又导致了大马拉小车现象，使无功损耗增加；②不同的曲柄角度的平衡效果是不一样的，平衡效果越差，能耗就越大；③抽油杆下落时所释放的机械能除了部分转变成平衡重的位能，还有部分通过电机的再生发电状态转化成了电能，但所产生电能又不能被电网全部吸收，造成了能量的浪费；④负转矩的存在又加速了曲柄销的破坏，使减速器的齿轮经常受反向负荷，降低了抽油机的使用寿命。
抽油机采油系统可以分为以下几个子系统：电动机及控制装置、连杆机构、悬点载荷平衡装置和传动元件。降低抽油机能耗可以从几个子系统方面入手，目前的节能技术研究主要是对抽油机本身的机械结构进行改造，而达到节能的目的。一是减少传动机构，减少运动件，从而减少摩擦，降低传动所需的动能，提高机械效率。二是改变平衡方式，减少启动所需的功率，从而减小装机功率，改变大马拉小车的现象。三是针对现有抽油机安装节能控制装置。
四、抽油机节能控制技术的应用
1 改进抽油机的结构
优化设计抽油机四杆机构和改变抽油机平衡方式，从而改变抽油机曲柄轴净扭矩曲线，达到减小负扭矩目的，使扭矩波动趋于平缓，减小抽油机的周期载荷系数，以提高电动机的工作效率，达到节能的目的。通过改进抽油机的结构，成为新一代的节能型抽油机，主要有异相曲柄平衡抽油机、直线电机式抽油机、双驴头抽油机、前置式抽油机、渐开线抽油机等，这些新型节能型抽油机在保持常规游梁式抽油机的优点的基础上，还具有了低冲次节能和系统效率高等优点。其中，渐开线抽油机是其中的典型代表，不但节能效果好，还使曲柄轴净扭矩曲线变化平缓，消除了负扭矩，降低了减速箱额定扭矩，减少了装机功能，是新型抽油机的研发的主要方向。
2 电机定子绕组调压控制技术
因游梁式抽油机的装机功率较大，只在启动时才负荷运转，根据游梁式抽油机的实际运行情况来看，工作的功率仅为装机功率的三分之一左右，针对这种大马拉小车的情况，采用继电接触器对抽油机电动机定子绕组进行切换，来实现对电机调压的目的，达到有效降压节能的效果。抽油机要求启动转矩大，启动时定子绕组接成三角形，当启动后正常工作时，定子绕组就会改变接法，改为星接法，通过改变电机定子绕组的接法实现减压的功能，从而减少了电量的浪费。
3 节能控制装置的应用
根据基本原理，节能控制装置可为两类，一种是变频控制装置，另一种是电能跟踪回馈装置。变频控制装置可以根据需要改变电源频率，降低电机的转速，减小电机的功率，改善电网环境，实现电机软启动，降低了能耗。但该类装置存在着频率降低时，冲次变小，影响油井的产量的缺点。电能跟踪补偿装置使用的是晶闸管调压调流控制技术，利用集成控制模块动态的根据负载变化来调节输入电机的电压和电流，电流始终保持在适合抽油机工作的状态上，保证电动机的输出功率与负荷需求精确匹配。这种装置可以自动跟随控制，在不减少抽油量的前提下实现节能效果。这类装置配还具有软启动功能，减少了冲击电流对电机绝缘的破坏、降低电机运行温度、延长使用寿命，提高了抽油机的适用性，达到高效节能的目的。
五、结语
当代是一个科技发达的时代，时代的发展需要科技的不断创新，要让国家的发展在先进的科学技术的基础之上崛起，抽油机将会成为世界油田生产中的重要举升措施，希望我国的石油开采技术能够得到较好的发展与突破。
参考文献
[1] 邬亦炯.论抽油机的平衡相位角与节能——从“游梁式抽油机曲柄平衡重安装方式的探讨”一文谈起[J]. 石油机械，1987，（1）.
[2] 马驰骋，樊军.抽油机自适应控制系统的研究及应用[J].机床与液压，2014，（2）.
[3] 张博，冯小彦.新型抽油机节能控制器相关问题探讨[J].现代制造技术与装备，2014，（1）.
[4] 刘文宝.游梁式抽油机节能现状和技术创新探讨[J].科技与创新，2014，（15）.