導語：如何才能寫好一篇抽油機節能，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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我國的石油儲備含量遠中東國家，大多數油田屬于低產油田，并且滲透率較低，需要依靠性能良好的設備作為生產輔助工具，抽油機是保證油田開采的重要器械，但是，我國的很多抽油機的能耗較大，性能較差。目前，我國已經有大約一半的抽油機配備了節能設備，無論是抽油機本身的結構改造，還是抽油機供電系統的改良，包括抽油機配電箱的配備，都屬于抽油機的節能措施。這些節能措施不僅能對消耗的電能進行節約，還能提高能源利用率，使石油開采企業在節約能源成本的情況下不影響企業的正常工作效率。當前，我國抽油機總數在100000臺以上，抽油機電動機能夠容納的電能在3500MW，電能的年消耗量在一百億千瓦時以上，在消耗如此多電能的情況下，我國的抽油機使用效率仍與世界平均水平存在5％左右的差距，因此，我國的抽油機具有很大的節能空間，只要節能措施得當，我國的抽油機將每年節約電能超過十億千瓦時，因此，在研制抽油機的節能措施對電能的節約具有重要意義。

2我國抽油機的節能措施

2.1使用節能型抽油機

節能型抽油機是保證抽油機節能效果的重要設備，且分為很多種類，異相曲柄抽油機是較為常見的抽油機種類，這種類型的抽油機屬于循環式抽油機且具備不對稱性。這種抽油機的上沖程消耗的時間大于下沖程消耗的時間，當CYJ10-3-26B（Y）抽油機的沖次n在9min-1時，抽油機的上沖程與下沖程時間相同，均為3.55s。當CYJ10-3-26B抽油機的沖次n=9min-1時，抽油機的上沖程與下沖程的時間均在3.33s。如果兩種類型的抽油機消耗同樣的電能，CYJ10-3-26B（Y）的光桿功率可以降低6％，因此，CYJ10-3-26B（Y）的井下效率非常高，可以為石油開采團隊節約較多的電能成本。一些新型抽油機是在原有是抽油機基礎之上改造得來的，例如，雙驢頭抽油機就是這一類型的代表。這種抽油機改造之前屬于游梁式抽油機，改良工作并沒有影響這一類型抽油機的原有性能，且降低了抽油機的沖次，使抽油機能夠節省更多的電能成本，并提高單位時間內的工作效率。有些新型抽油機的改良綜合了世界各國多年的改良經驗，具有較高的科學性，直線電式抽油機就是其中的代表，這種抽油機的主要能量來源為直線電，利用直線電的傳播，使抽油機的傳動方式變得簡單，避免的抽油機過多的能量損失。研究表明，使用這一類型的抽油機能夠將抽油機的整體能耗量降低26％，并且能夠很大程度上提高抽油機的平衡度。有些抽油機的誕生時間較短，屬于新式樣抽油機，漸開線式抽油機就屬于這一類型的抽油機，這種抽油機的節能性比異相曲柄抽油機的節能性更好，在外部條件相同的情況下，用電效率可以降低50％，是一種理想的節能型抽油機。

2.2使用抽油機節能電控裝置

抽油機是對電能需求較大的設備，如果采用較為常見的異步電動機作為抽油機的供電裝置，將會浪費大量的電能，因此，要從抽油機的啟動角度入手，對抽油機的電控裝置進行改良。抽油機的啟動方式為帶載啟動，這種啟動方式具有較強的慣性矩，因此，要對抽油機的最大扭矩進行測量，并根據最大扭矩對電控裝置進行選取，以確保抽油機能夠正常投入使用。在抽油機開始運轉之后，平均扭矩要略小于最大扭矩，因此，電動機的實際投入功率要小于額定功率。抽油機電控裝置的配置要根據石油開采地區實際情況進行，如果油井狀態出現異常，要保證電控裝置不會受到較大的影響，避免電能不能正常釋放所產生的熱能影響電動機的正常使用。如果油井需要進行維護，施工人員要盡可能少的更換電控裝置，避免裝置受到破壞。目前，我國很多抽油機的泵排量大于油井的地下滲透力，因此，從加強抽油機的單位時間工作效率入手對抽油機進行改造能夠很大程度上節省抽油機所消耗的電能。可以對油井的開采制度進行改良，雖然這會導致抽油機施工團隊石油開采總量的減少，但會為石油開采團隊節約大量的電力資源成本，從而提高石油開采團隊的整體經濟效益。可以考慮通過改變抽油泵電動機轉速的方法實現抽油機的節能，要確保抽油機的電動機轉速完全符合開采油井的實際滲透性，因此，要在電動機設備上進行變頻裝置的安裝，以便工作人員可以根據實際情況隨時調節電動機的頻率，要重點考慮油井的實際產出量，并通過對電動機電頻的調整進行電動機功率的調節，使電動機可以在正常運使的過程中節約電能，使用電動機變頻裝置，不僅可以大幅度節省抽油機的電能，還能夠保證抽油機正常運行并產出足夠的石油，還能夠減少供電電網的負荷，避免電網因電流過大而損壞。

3我國抽油機的發展趨勢

間抽控制裝置是我國抽油機主要的發展方向，在使用間抽控制器之前，要首先對油田進行調查，我國的大多數油田滲透能力不是很高，但是，為了保證油田的正常開采，抽油機一般將電頻調節到最大幅度，這樣做雖然保證了油田的正常開采，卻嚴重降低了抽油機的實際效率，造成電力能源的嚴重浪費。因此，要對抽油機的參數進行調整，并利用科學的間開制度對抽油機的效率進行控制，科學的使用間抽控制裝置，能夠在油井不能開采出足夠的石油或平均使用開采量較小時，自動將電能消耗較大的抽油裝置進行關閉，延長油井蓄積的時間，當油井當中重新蓄積了足夠的石油之后，系統會重新開啟抽油裝置，使抽油機能夠開采到足夠的石油，提高單位時間才有效率，節約電力能源。

4結束語

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關鍵詞：抽油機 優化 節能

一、抽油機設備的優化

1.抽油機的優化

抽油機的優化首先要對生產井的實際工作狀況進行分析，選好機型。如果設備型號及工作參數與油層生產能力和油井條件不相適應，則不能保證抽油機高效率地工作。抽油機的選擇可以利用計算選擇法，其步驟如下：

a.根據油井的可能最大產量，初步確定泵徑、沖程和沖次，并確定需要的下泵深度和抽汲參數。

b.計算懸點最大載荷和減速箱輸出扭矩。

c.查閱各型抽油機的技術規范表，選出需要的抽油機型號。

d.初選后，再進行參數配合及抽油機和抽油桿柱的校核，如校核不合格，則調整后重新進行校核。

在實際應用中也可以根據經驗進行選擇，如一般產液量在120-200t／d的油井上選用14型機，產液量在60-120t／d的油井上選用10型機或12型機。

2.電機優化

合理配置電動機，提高電動機的負載率是提高抽油機井系統效率的有效途徑。電動機的合理負載率應在40％一53％之間，當負載率低于40％時，會出現“大馬拉小車”的現象，浪費大量電能。這時應更換額定功率比較小的電動機。在更換電機時必須考慮電動機的電流是否過載。

選好電機后，還要根據實際情況合理選擇接線方式。例如超高轉差電機，當載荷輕、輸入功率較小時，采用低轉矩，較高轉差率接線模式，載荷較重時，輸入功率較大，采用較高轉矩，較低轉差率接線模式。

二、生產參數的優化

抽油機井的參數優化對提高系統效率，降低能耗有明顯效果。同時參數優化具有投資少、見效快、資金回收期短的特點，因此參數優化是以較小投資獲得較大經濟效益的好方法。

參數優化首先要與油井的供液能力相適應，同時以能量消耗最低為基本原則，并根據實際情況的不同選擇不同調參方案。如油比較稠的井，參數選擇可以采用大泵，大沖程，低沖次，對于正常井，可以采取適當增加沉沒度，減少泵吸入口處的自由氣量來提高泵的充滿系數。對于連噴帶抽的井——具有自噴能力的井，可以選用高沖次快速抽汲。

三、設備的優化組合

1.井口摩擦損失的優化

為了減少井口摩擦損失，可以采用調心式防噴盒與柔性石墨密封材料和光桿配合，來代替原來普通防噴盒與橡膠類密封材料的抽油桿配合的傳統組合方式，其能量損失可以減少90％左右，而且石墨密封材料易于填充，方便管理。

2.節能抽油機（節能電機及節能配電箱的優化組合）

抽油機、電機及配電箱的組合是否合適，對節能效果影響很大。因此在組合之前要深入了解各自的特點，以及節電原理，避免重復投入。例如，偏輪抽油機是在普通游梁抽油機后臂增設兩根桿件，其端部與游梁后端連桿鉸接構成六連桿機構，這種結構使上沖程加速度明顯降低，延長了上沖程時間，降低了扭矩峰值，達到節能的目的。而高轉差電機的節電原理同樣是延長上沖程時間，減慢提拉速度和加速度，降低扭矩峰值，進而減少耗電量。因此偏輪游梁抽油機不適合與高轉差率電機組合。 雙驢頭抽油機和偏輪游梁抽油機都具有裝機容量小的特點，其本身裝配電動機額定功率小，所以電機在運行時其負載率基本超過30％，星一角轉換式抽油機節電箱，其轉換范圍使電機的負載率小于30％，因此雙驢頭抽油機和偏輪游梁抽油機不適合與星—角轉換式節電箱組合。

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[關鍵詞]常規抽油機 抽油機特性 節能

中圖分類號：TE933.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）07-0041-01

引言

抽油機井用電量約占油田總用電量的40%左右，是油田耗能大戶。雖然節能抽油機用量每年都在增加，但油田大量在用抽油機的主流仍然是常規游粱式抽油機和偏置（也稱異相）游粱式抽油機，截止到2005年11月，某油田共有抽油機31827臺，常規抽油機26675臺（其中包括常規游粱式抽油機6664臺，偏置游粱式抽油機19299臺，前置機99臺，其他常規機514臺），常規機占抽油機總數的83.8%。分析常規抽油機的特點、使用現狀及負載特性，探索其節能潛力具有一定的現實意義。

1.目前某油田常規抽油機井現狀

常規抽油機以其結構簡單、制造容易、維修方便、使用可靠、可以長期在油田全天候運轉等優點被廣泛應用。但是抽油機也有其自身的缺點，如慣性載荷大、動載大、平衡困難、上下沖程扭矩波動大、效率較低、在長沖程時體積較大和笨重以及設備投產后更新難度大等。目前大慶油田在用的3萬多口抽油機井，平均泵效約為43%，系統效率平均在23%左右（如表1）。

2.常規抽油機的負載特點

2.1 抽油機靠抽油桿的上下運動將原油抽汲到地面的管網中，抽油機的上沖程提起油柱時需要的功率大，而下沖程時勿需動力可自行下落。為了使負荷均勻，一般配有某種平衡機構，如平衡塊，電機軸上形成的總負荷轉矩為油井負荷扭矩和平衡扭矩之和。不同的油井其負荷曲線不同（圖1），主要與井況和平衡有關。抽油機的負荷曲線有以下特點：

2.2 抽油機的負荷呈周期性波動，波動頻率常用沖次表示，常規抽油機沖次一般說來為6～12次/min，即波動周期5～10s。

2.3 平衡扭矩是一正弦曲線，而油井負荷扭矩不規則，形成的總負荷扭矩曲線常出一、二次負功率。

2.4 負載扭矩平均值約為最大值的1/3。

抽油機的負荷特點決定了選用普通異步電動機來驅動抽油機不可避免地就會形成“大馬拉小車”的現象。

2.5 首先，抽油機起動時都是帶載起動，慣性矩較大，起動時又總在上下死點處起動，油田在選配電動機時為了起動順利，一般按最大扭矩選配電機，而抽油機起動后正常工作時平均轉矩與最大扭矩相比又較低，所以電機輸入功率最多僅有額定功率的三分之一，這是造成“大馬拉小車”的主要原因。

其次，油田在選配電機時考慮油井工況異常，如砂卡結蠟時，不致因起動困難燒毀電動機，當油井負荷因修井等原因負荷變大時不頻繁更換電動機，而人為的又增大了余量，加劇了“大馬拉小車”這一現象。

常規抽油機低負荷運轉造成電機效率低，功率因數低。抽油機的負荷呈周期性波動，電機轉速波動，增加了電機的損耗。周期性的負功率大小與抽油機的平衡情況有關，但難以根除這一現象，負功率在抽油機電動機和電網之間流動，有功電能的吞吐增加了電機和電網的損耗，導致功率因數降低。

3.常規抽油機的節能潛力分析及對策

3.1 敏感性因素分析

影響抽油機井系統效率的因素包括地面部分和井下部分多方面的因素，地面部分因素包括抽油機類型、電動機類型和特性、沖程、沖次、平衡度、皮帶、減速箱、井口油壓、套壓、盤根盒，井下部分因素包括管、桿柱組合、泵深、沉沒度、運行摩阻、泵徑、充滿系數、桿管偏磨、原油粘度、氣體、結蠟狀況、地層供液能力。找出影響系統效率的關鍵性因素，地面、井下各環節綜合考慮才能使抽油機系統達到更好的運行效果。

3.2 平衡方式

隨著開采時間和井況的變化，抽油機井的平衡狀態也隨之變化，抽油機井系統的平衡度對抽油機井的系統效率影響較大，保持合理的平衡是抽油機井節能降耗的有效手段，研究新的平衡方式，實現隨動平衡，使抽油機井運轉過程中的平衡狀態隨負載的變化而調整，從而達到節能的目的。

3.3 降低抽油機井懸點載荷

3.3.1 降低動載

游梁抽油機的合理驅動在考慮其負載特點的同時，還要有利于機、桿、泵系統的配合，因此為適應常規抽油機的交變載荷，應該采用軟特性驅動，盡可能采取低沖次運行，因軟特性可以減緩換向加速度，降低慣性載荷和振動載荷，從而可以大大降低減速器的峰值扭矩。

3.3.2 降低靜載

采用輕質抽油桿可以大幅度降低抽油機井懸點載荷，因此有必要開展輕質柔性抽油桿的適應性研究。

3.4 提高泵效

3.4.1 研究提高抽油泵充滿系數措施，如：安裝氣錨。對于油氣比較高的井，使用氣錨可提高泵的容積效率來達到提高系統效率的目的；

3.4.2 加強降低沖程損失技術研究，研制安全可靠的油管錨定工具，降低沖程損失，提高泵效；

3.4.3 以系統效率最大為目標，抽油機井優化設計軟件為手段，利用現有的模擬試驗設備，開展不同工況參數條件下常規抽油機井的系統效率評價試驗研究工作。

4.認識

4.1 抽油機的負荷特點決定了選用普通異步電動機來驅動，這種驅動方式不可避免地形成“大馬拉小車”的現象。同時油田在選配電機時考慮油井工況異常，人為的增大了余量，加劇了“大馬拉小車”這一現象。

4.2 通過對抽油機井敏感性因素分析、研究合理的平衡方式、降低抽油機井懸點載荷、提高泵效率等技術，可以實現抽油機系統節能降耗，運轉工況合理。

參考文獻

[1] 蔣漢青、趙子剛編.《采油工藝實踐》黑龍江科學技術出版社1990

[2] 陳濤平、胡靖邦主編.《石油工程》石油工業出版社2001

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1 概述

自從100多年前，以燃燒石油制品為動力的機器誕生以來，對石油的需求量飛速增長，也為石油工業的發展提供了契機。隨著采油業的發展，產生了被廣泛使用的油井舉升設備——抽油機。

抽油機的種類繁多，技術發明有數百種。從采油方式上可分為兩類，即有桿類采油設備和無桿類采油設備。有桿類采油設備又可分為抽油桿往復運動類（國內外大量使用的游梁式抽油機和無游梁式抽油機）和旋轉運動類（如電動潛油螺桿泵）；無桿類采油設備也可分為電動潛油離心泵，液壓驅動類（如水力活塞泵）和氣舉采油設備。

目前，應用最為廣泛的是游梁式豎井抽油機采油系統，如圖1所示。由圖1可見，該系統由3部分組成，即地面部分——游梁式抽油機，它由電動機、減速箱和四連桿機構（包括曲柄、連桿和游梁）等組成，詳細結構見圖2；井下部分——抽油泵（包括吸入閥、泵筒、柱塞和排出閥等），它懸掛在套管中油管的下端，可分為桿式泵和管式泵；聯接地面抽油機和井下抽油泵的中間部分——抽油桿柱，它由一種或幾種直徑的抽油桿和接箍組成。

我國的油田不像中東的油田那樣有很強的自噴能力，多為低滲透的低能、低產油田，大部分油田要靠注水壓油入井，再用抽油機把油從地層中提升上來。以水換油或者以電換油是我國油田的現實，因而，電費在我國的石油開采成本中占了相當大的比例，所以，石油行業十分重視節約電能。目

前，我國抽油機的保有量在10萬臺以上，電動機裝機總容量在3500MW，每年耗電量逾百億kW·h。抽油機的運行效率特別低，在我國平均效率為25.96％，而國外平均水平為30.05％，年節能潛力可達幾十億kW·h。除了抽油機之外，油田還有大量的注水泵、輸油泵和潛油泵等設備，總耗電量超過油田總用電量的80％，可見，石油行業也是推廣“電機系統節能”的重點行業。抽油機節能包括節能型抽油機和抽油機節能電控裝置的研制與推廣兩個方面，對此兩大技術的研究方興未艾。介紹和宣傳的文章很多，眾說紛紜，莫衷一是。廠家的產品性能介紹亦有“王婆賣瓜”之嫌。因此，有必要將目前常見的幾種類型的抽油機節能電控裝置作一個科學的分析比較，以供用戶選用時參考。在全國各油田進行試驗或已投運的節能電控裝置不下數十種之多，大體上可以分為5種類型，下面分別加以討論。

2 間抽控制器（POC）

由于抽油機是按照油井最大化的抽取量來進行選擇的，并且還留有設計余量。另外，隨著油井由淺入深的抽取，井中液面逐漸下降，泵的充滿度越來越不足，直到最后發生空抽的現象，如果不加以控制，就會白白地浪費大量的電能。對于這種油井，最簡單的方法是實行間抽，即當油井出液量不足或發生空抽時，就關閉抽油機，等待井下液量的蓄積，當液面超過一定深度時，再開啟抽油機，這樣就提高了抽油機的工作效率，避免了大量的電能浪費。

間抽控制的原始做法是派人定時到油井去開停抽油機，即使在發達國家，目前也還有不少油井采用這種人工控制方式，以便解決抽油機的低效和浪費問題。這種做法每天要派人去井場操作好幾次，經過長期試驗才能摸索出適合各油井的間抽規律，費工費時。于是就引入了定時鐘，只須設定開、停機時間，便能自動地進行間抽控制，但是，這仍然無法解決令抽油機的工作能力動態地響應油井負荷的變化，以達到最佳的節能效果，同時，還有可能會影響油井的產量。

為了解決上述問題，通過安裝相關的傳感器，精確感知油井負荷的動態變化，實現智能間抽控制（IPOC）。為此，可采用各種不同的傳感器達到控制目的，下面分別予以介紹。

2.1 液面探測器

如果能直接測出井中的液面，那么就可以用它來控制抽油機的運行。當液面高度超過泵時，就啟動抽油機；當液面降到泵的吸入口處時，就關閉抽油機，避免空抽的發生。早期的方法是使用永久式的井下壓力傳感器來檢測液面，現代則是利用聲波裝置從地面上自動監測井下液面深度，但是，由于裝置復雜，維修費用高而沒有得到普及。

2.2 流量傳感器

在井口通過流量傳感器檢測油井的出液量，是實現抽油機控制最直接，也是最有效的方法。但是，由于國內的油井產量太低，有些油井的產量每天只有幾m3，甚至不足1m3，合10cm3/s。這么小的流量檢測，對于各種類型的流量傳感器來講都是一個難題，再加上井中采出的油液中含有大量的泥沙和蠟塊，經常會發生堵塞現象，因而也未能獲得推廣應用。

2.3 電機電流傳感器

應當說，電機電流的檢測是最方便、最可靠，也是最為廉價的方法。當發生空抽時，下沖程開始

時游動閥并沒有打開，光桿載荷為桿柱重量及游動閥上部液柱的重量之和，可平衡掉大部分的配重的重量，電動機只要用很小的能量就可將桿柱送入井底，電機電流較小；當油井中泵的充滿度較高時，下沖程開始不久，游動閥即打開，泵中液面托住了游動閥上部的液柱重量，并且使抽油桿柱也浸沒在液體中，因而光桿載荷只是桿柱在液體中的浮重，這也就意味著電機將用較大的能量來舉起曲柄或游梁尾部的平衡塊的重量才能將桿柱送入井底，因而電流就較大。

在下沖程時設置一個設定值，當發生空抽時，實際電流將降至此值以下，控制器就關閉抽油機。也可通過電機的平均電流進行檢測，從實際平均電流的下降中也可很容易地鑒別出空抽的發生。但是，電流的檢測受到抽油機配重的影響而使實際的電機電流變得很難控制，絕不像某些膚淺的文章中所描述的那樣，是近似方波的電流波形。實際的抽油機電動機的扭矩（電流）曲線如圖3所示。這種不規則的扭矩（電流）曲線，只有通過抽油機的機械結構和平衡曲線的改變方能改變，而不是通過電控裝置可以實現的，因此，這是一個機電一體化的系統工程問題。

2.4 抽油桿載荷傳感器

普遍采用的方法是通過特制的傳感器，對抽油機的光桿載荷進行檢測，因為，光桿載荷是井下泵運行情況的最好監視器，并且它不受平衡配重的影響。泵的充盈系數（包括空抽）通過對抽油桿載荷的分析可以很容易地被檢測出來。另外，更重要的是抽油桿載荷數據，加上抽油桿位置的信息，正是分析井下工況的“示功圖”的必備數據，利用這些信息可對抽油機的運行情況進行全面的分析。

在光桿或游梁上安裝測力傳感器可以測出抽油桿的載荷數據。光桿測力傳感器比較準確，但易于損壞；安裝在游梁上的傳感器準確度比較低，但比較耐用。國內已有抽油機專用的測力傳感器產品。利用載荷傳感器的數據繪制的示功圖，檢測抽空控制設備的工作原理如圖4所示。

抽空控制最可靠的一個方法是計算光桿所做的機械功，因為，機械功與被示功圖所封閉的面積成正比，所以，空抽表明輸入到系統中的能量減少，只須計算示功圖的面積或一部分面積即可檢測抽空條件。其方法包括在示功圖上設定兩條垂直線，計算這兩條抽油桿位置線之間示功圖的面積或曲線下面的面積，如果用示功圖里面的面積，可檢測出圖4中的面積1減少了；如果用示功圖下面的面積，則可檢測出面積2增加了。

同時，也可像電機電流信號一樣，通過計算光桿載荷平均值的辦法來檢測抽空的發生，較高的載荷平均值表示有可能發生空抽，而較低的載荷平均值則表示油井中液量多。

總之，間抽控制器的優點和經濟效益是顯而易見的。

1）由于縮短了抽油時間，大大減少了能量消耗。但是，在用人工控制和定時自動控制間抽時，由于惟恐減產，幾乎都會發生實際抽油時間比必要的抽油時間長的情形，因而不能完全避免空抽。通過傳感器信號實現閉環控制的智能間抽控制器（IPOC），在檢測到空抽時立即關閉抽油機，避免了空抽的發生，平均可多節約能量20％～30％。

2）相對于人工間抽和定時間抽來講，智能間抽控制由于達到了較低的平均液面，增加了產量。因為，較低的液面意味著較低的井底流壓，結果較多的液體流入井底，通常可增產1％～4％。

3）由于消除了液擊現象，可使井下和地面設備的維修費用減少25％～30％。另外，通過IPOC裝置可提前探測到油井故障，從而進一步減少了所需的修井作業量。

4）使用微電腦技術的IPOC裝置大大增加了抽油系統的性能信息檢測數據，為抽油機的遙控遙測及集中控制創造了條件。

3 軟起動及調壓節能型

由于抽油機的功率檔次有限，如30kN，60kN，

80kN，100kN等，而每一口油井的參數都不一樣，在選配抽油機時，不可能做到量體裁衣，剛好和抽油機的功率檔次相匹配，一般留有一定的功率裕量；各型抽油機在配用電動機時，為了保證抽油機在各種工況下正常運行，也留有一定的功率余量；隨著油井由淺入深的抽取，油井的產液量越來越少，抽油機的負荷也相應減小。由于上述原因，就造成了抽油機的實際負載率普遍偏低，大部分抽油機的負載率在20％～30％之間，最高也不會超過50％，形成大馬拉小車的現象。而當電動機處于輕載運行時，其效率和功率因數都較低，此時若適當調節電動機定子的端電壓，使之與電動機的負載率合理匹配，這樣就降低了電動機的勵磁電流，從而降低電動機的鐵耗和從電網吸收的無功功率，可以提高電動機的運行效率和功率因數，達到節能的目的。

3.1 電動機定子繞組/Y轉換降壓節能

由于低壓電動機在正常工作時，定子三相繞組是接法，這樣每相繞組承受380V的線電壓，電動機可產生額定的輸出機械功率。電動機的轉矩是與電壓的平方成正比的，當電動機輕載（負載率<33％）時，可以將電動機的繞組由接法改成Y接法，使每相繞組只承受220V的電壓，即為額定電壓的1/，電動機的轉矩也就僅為額定轉矩的1/3。當負載率>33％時，再將電動機繞組改為接法運行，否則，會因電流過大而燒毀電動機。電動機在進行Y/轉換時會產生沖擊電流。

Y/接法轉換的實現一般采用交流接觸器實現，也可以通過晶閘管開關實現，兩種方法在節能效果上并無差異，而轉換控制電路如何準確掌握轉換時的負載率則會對節能效果產生較大的影響。當負載率β<33％時，不能及時進行Y切換，則會影響節能效果，而當負載率β>33％時，不能及時進行Y切換，則會使電流過大，銅耗增加，反而費電，同樣影響節能效果。為了不使轉換頻繁發生，一般在轉換點的負載率之間設置一定的回差，通常采用負載率β<30％時進行Y轉換，而當β>35％，進行Y轉換。

    3.2 晶閘管相控與調壓節電軟啟動

晶閘管軟啟動與調壓節電的控制框圖如圖5所示。由單片機控制串聯在電動機定子主電路中的晶閘管?觸發角α，即可以改變加在定子繞組上的端電壓值，從而起到調壓節電的目的。其優點是可以動態跟蹤電動機的功率因數或輸入電功率，達到最佳節能效果；在負載突然增加時也可得到及時的響應，以免電動機堵轉；且可兼作電動機的軟啟動器，同時由于采用單片機控制，具有完善的保護功能。其缺點是造價較高，且由于對晶閘管進行相控，會產生大量的諧波，對電網、電機以及通信系統造成不良的影響，今后這類產品將因達不到電磁兼容的標準而被限制使用。關于電動機降壓節電的有關計算和校驗，國標GB12497?1995《三相異步電動機經濟運行》中有明確的要求。在采取調壓節電時，既要達到節電的目的，又要保證電動機軸上的出力，并有一定的過載系數，否則，當負載波動時電動機將發生堵轉而燒毀。電動機輕載降壓時，首先是功率因數上升，節約了無功功率。這里必須著重指出：不是所有的降壓行為都能達到節能的目的，只有當電壓的降低程度大于轉差率及功率因數的上升程度時，才能使降壓運行的電動機效率得到提高而節能。

經過各種檢驗計算，電動機降壓后的最低電壓范圍大致為（0.56～0.27）UN。以上數據是以正弦波電壓計算的，若考慮到晶閘管調壓所產生的諧波，引起電動機的噪音，振動和附加發熱等因素，其節能效果還要降低。一臺Y1600—10/1730型電動機輕載降壓節能效果的計算數據見表1。Y1600—10/1730型電動機的原始數據為：額定功率PN=1600kW，額定電壓UN=6.0kV，額定電流IN=185A，額定轉速nN=595r/min，最大轉矩倍數（最大轉矩/額定轉矩）=2.22，起動電流倍數（堵轉電流/額定電流）=5.53，起動轉矩倍數（起動轉矩/額定轉矩）=0.824，額定效率ηN=94.49％，額定功率因數cos?=0.879。電動機額定負載時的有功損耗ΣPN=93.3kW，電動機的空載損耗Po=29.6kW，空載電流Io=46.25A，電動機帶額定負載時的無功功率QN=918kvar，電動機的空載無功功率Qo=480.6kvar。

由表1可知，電動機降壓節能，主要節省的是無功功率，提高了功率因數，對供電網有利。而有功節電主要節省的是電動機自身損耗的一部分，且隨著負載率的上升而銳減：負載系數β=0.1時，有功節電率為15％；β=0.2時為5.3％；β=0.3時僅為2.1％。按照國標GB12497?1995的規定，綜合節電為ΔP＋KqΔQ，其中Kq為無功經濟當量，其值規定為：電動機直連發電機母線時取0.02～0.04；經二次變壓時取0.05～0.07；經三次變壓時取0.08～0.1。一般抽油機電動機均經三次以上變壓，可取為0.1，也即每節省10kvar的無功功率，可折合為1kW的有功功率計算。由于降壓節能時電動機的轉速基本上不變，軸上的負載也不變，則電動機的輸出軸功率是不會改變的，節省的只是電動機自身損耗的一部分，表1中第7欄綜合節電率應為表中第4欄的數據除以當時的負載功率與第5欄的損耗功率之和的結果，并非為節省的綜合有功功率與電動機額定功率之比。這是一個概念誤區，有些用戶在計算節電效益時，往往用電動機的額定功率乘以節電率再乘以運行時間來計算節省的電能（kW·h）數，這是錯誤的。

表1 按最佳調壓系數進行調壓后節省的電量計算值

電動機負載系數β 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 最佳電壓調節系統Kum 0.374 0.53 0.647 0.747 0.833 0.916 節省的有功功率ΔP/kW 24.2 17.0 11.0 6.4 3.0 0.86 節省的無功功率ΔQ/kvar 386.5 300.8 224.8 157.0 97.6 47.2 節省的綜合有功功率ΔP＋KqΔQ 47.4 35.05 24.5 15.8 8.86 3.7 U=UN時電機綜合損耗功率∑Pc 59.34 62.04 66.53 72.83 80.93 90.82 損耗節電率/％ 79 56.4 36.8 21.7 11 4 綜合節電率/％ 21.6 9.17 4.48 2.22 1 0.35 由表1可知，當負載率為β=0.4時，其綜合節電率為2.22％，其節省的功率并非為PN×2.22％=35.52kW，而應當為β=0.4時的負載功率PN×0.4加上電動機當U=UN時的功率損耗ΣPN=72.83kW，來乘以綜合節電率2.22％，即（1600×0.4＋72.83）×2.22％=15.8kW。有些制造商常在這一問題上誤導或欺騙用戶，應引起注意。

通過降壓對電動機實現軟起動的目的，一是減少起動時過大的沖擊電流，二是減小全壓起動時過大的機械沖擊。那么在抽油機上使用降壓軟起動裝置，其效果究竟如何呢？由于電動機的轉矩與施加電壓的平方成正比，施加電壓降低了，電動機的轉矩若達不到負載的起動轉矩時，電動機是轉不起來的。雖然電動機的堵轉轉矩一般小于額定轉矩，但是，當電壓降到額定電壓的70％時，電動機轉矩只有額定轉矩的50％，對于起動轉矩超過50％額定轉矩的負載，是轉不起來的。只有當電壓升高到電動機的轉矩足以克服負載的靜轉矩時，電動機才能啟動。所以，/Y轉換起動只適合起動轉矩<1/3額定轉矩的負載，一般的軟起動也只適合起動轉矩<50％額定轉矩的負載，對于重載起動的負載就降低起動電流來說，軟起動器也是無能為力的。

對需重載起動的負載，使用軟起動并不能達到減小起動電流的目的，更不能達到節省起動能量的作用；但是，由于軟起動器的電壓是呈鈄坡上升的，雖然在達到起動轉矩前電動機并不旋轉，但隨著電動機軸上扭矩的不斷增大，被拖動的負載是慢慢被加力的，所以，用軟起動器起動需重載起動的負載時，可以達到減小機械沖擊的目的。對于抽油機來講，使用軟起動器，不一定能達到減小沖擊電流的目的，但可以達到減小起動時機械沖擊的目的，還是有一定作用的。

在某些宣傳降壓節能產品的文章中，提到在抽油機處于發電狀態時，可以通過調整晶閘管的觸發角α改善瞬時過電壓的問題，事實上也不盡然。當異步電動機由于負載超速而變成異步發電機運行時，是會產生瞬間過電壓，使電動機端電壓高于供網電壓，但由于供電網可以看成是一個無窮大的電源系統，當穩態運行時，電機端電壓只是略高于供網電壓，以便能量反饋。這時調整晶閘管的觸發角α，只能調整電流，即異步發電機的負荷，對于抑制過電壓并無效果。

4 無功就地補償節能型

篇5

[關鍵詞]游梁式抽油機；節能增效；單相運行；措施

中圖分類號：TM3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2013）36-0345-01

前言

目前油田進常用的三相異步電動機，在理想情況下的效率為90%左右，且大多功率因數小于0.4，所配的電動機裝機功率較大，而電動機正常運行時都是輕載運行，造成抽油機負載率低，與電動機不匹配，形成“大馬拉小車”的生產狀況，浪費電力嚴重。抽油機使用的電動機工作載荷是帶沖擊的周期變載荷，與按恒定載荷設計制造的通用電動機的工作特征不匹配。通用電動機的機械特征是硬特征，在運行過程中其轉速隨載荷變化不大，而抽油機的交變載荷增加了電動機的電動損耗，再加上選擇的抽油機與實際需要不匹配，降低了整機的地面效率。分析抽油機的用電特征，根據每臺抽油機具體的“癥結”所在，綜合考慮制定出相應的節電措施，實現其經濟運行。

1 電動機帶動抽油機生產存在問題

1.1 電動機負載低

為保證抽油機的啟動要求和在運行時有足夠的過載能力，通常所配的電動機裝機功率較大，而電動機正常運行時都是輕載運行，造成抽油機負載率低，與電動機不匹配，形成“大馬拉小車”的生產狀況，使線路、變壓器、電動機的功率損耗增大；電動機的運行效率取決于負載率，輕載時電動機的效率很低，當負載增加到一定值時，變化則很小，有實驗證明：負載率〈0.4時，效率的變化不大，負載率>0.7時，效率最高。當電動機負荷很低時，電動機仍要從電網吸取較大的無功功率，從而降低了功率因數，這就是目前電機功率因數低的主要原因。

1.2 平衡率低

現場使用的抽油機平衡率低，嚴重的不平衡造成電力的浪費，造成多數電動機電流變化不均勻，使電動機內耗大大增加，影響整個抽汲系統的效率。

1.3 存在發電現象

現有的節電措施大都是針對電機低負荷率下效率低和功率因數低造成的電能浪費的情況，而抽油機浪費電能的另一個重要原因是抽油機拖動電機發電，有實驗證明：目前使用的各種類型的電動機都多少存在這種情況。由于抽油機負載波動很大，在抽油機的正常運轉中會出現抽油機減速箱輸入軸的運轉速度大于電機對它的驅動速度的情況，這時，抽油機就拖動電機發電，其發的電不會完全與電網同步和存在線路損耗，可以肯定電機發的電不能完全被電網利用。在整個電能―機械能―電能的轉換過程中能有很大的一部分能量被浪費掉。

2 游梁式抽油機節能特點和應用

常規型游梁式抽油機工作特點是承受交變載荷，懸點運動速度和加速度的變化使載荷極不均勻，工作能耗偏高，不平衡現象普遍存在，地面系統效率偏低，用電多。異向型游梁式抽油機具有峰值扭矩低、所需電動機功率低等特點，運轉時平衡效果較好。在相同的情況下，其系統效率比常規型高2.5-4%。前置式游梁抽油機具有平衡效果好、光桿最大載荷小、節能效果好等特點。其缺點是懸點載荷低于額定懸點載荷，造成抽油機資源的浪費，工作時前沖力大，影響機架的穩定性，使它的應用受到制約。現場應用的節能電動機主要有：變級調速、電磁調速電機（滑差電機）、變頻調速、高轉差率電機、永磁同步電機、雙功率電機幾種，下面對它們的特性和現場應用情況做一簡單陳述。變頻調速可以低速輕載啟動，抽油機沖次及上下沖程的速比可實現無級調節，可以根據油井井況進行抽空控制，自動調節抽汲參數，有電流保護、過電壓保護等作用，但由于價格昂貴和維修不方便等的原因，在現場應用極少。滑差電機可實現無極調速，電機轉軸與負載之間為軟特征連接，可以平滑啟動，但低速時損耗大、效率低，由于應用調速電機的油井多為供液能力差、需實現低沖次運行的油井，此種電機在現場應用不廣泛。高轉差率電機具有較高的轉差率和軟的機械特征，較高的堵轉轉矩和較小的堵轉電流，較高的效率、功率因數，適用于轉動飛輪轉矩較大和不均勻沖擊載荷，特別是抽油機用沖擊載荷。雙功率電機是油田與石油大學合作研究生產的，采用改變繞組的接法來改變電機的極數和輸出功率，以便與機械負載的負載特征相匹配，可以簡化其變速系統，從而實現節能的目的。永磁電機是一種同步電機，具有體積小、重量輕，結構簡單，效率高，功率因數高，運行穩定的特點。特別在抽油機輕載時在一定范圍內的效率還要高于額定值的94%，最高可達96%，又可獲得任意高的功率因數，最高為0.98左右，還可起到補償電容器的作用，啟動力矩大，過載能力強，從根本上解決了“大馬拉小車”的現象，節電效果非常明顯。

3 抽油機井節電措施

可以根據每一臺抽油機具體的“癥結”所在，綜合考慮制定出相應的節電措施，實現抽油機的經濟運行，下面提幾點措施：（1）提高電動機的負載率。電機低負荷率下的效率低和功率因數低是抽油機浪費電能的原因之一，電動機負載率提到7-12%，則系統效率可提高2-4%，當電機負載率低于25%時，應考慮奉還一個低容量級別的電動機。（2）油井參數優化。針對供液不足井泵效低，耗電量大的現狀，采取低速電機和變頻器手段進行參數優化，達到節電的目的。（3）合理選用抽油機機型，充分發揮抽油機潛力。抽油機的懸點載荷狀況是影響抽油機能耗的主要因素，其理想載荷率為80%左右。由于油井井況多變，因此需要經常調節平衡，另外的原因是，平衡度好的抽油機，在穩定生產的情況下，抽油機拖動電動機發電少。（4）選用節能電動機，改造普通電動機。根據現場情況，選擇節能電動機，減小機內損耗，提高電動機本身的運行效率，使抽油機與電動機保持良好的功率匹配，提高效率，節約用電。改造現有普通電動機，在電動機機軸處安裝一個帶蓄能器的離合器，使電動機實現空載啟動，降低啟動電流，從而減小電動機的裝機功率，提高電機的負載率。電動機的星角接線自動變換裝置，在輕載時，Y接線運行，負載增大時，改為角接線運行。（5）安裝無功補償裝置。單井功率因數補償柜是在變壓器低壓側投加電容，利用無功就地補償裝置產生的容性電流抵消電動機的感性電流，油井安裝無功補償器后，降低了線路的損耗和變壓器的銅耗，從而提高功率因數，提高效率，達到節電目的。（6）使用節能減速器。抽油機節能減速器由一個軸承支座和兩個大小不同的皮帶輪組成，兩個皮帶輪通過軸和軸承固定在軸承支座上，軸承支座通過底座螺栓固定在抽油機底座上，大皮帶輪通過皮帶與電機相連接，小皮帶輪與抽油機皮帶輪連接，通過加大傳動比，在電機功率降低的情況下，滿足抽油機懸點負荷要求，實現0.5-4.0次達到降低沖次和節電的目的，其具有啟動平穩、運行平穩、優化油井參數、降低電耗與成本的特點。

此外，抽油機拖動電動機發點過程很浪費電能，目前還沒有對抽油機拖動電動機發點的節能技術進行更深入的研究，以后這方面是一個研究方向，是一個節能增效點，具有廣闊的節能前景。

篇6

關鍵詞：變頻器；抽油機；節能

中圖分類號：TN77文獻標識碼：A

目前，抽油機是應用最普遍的石油開采機械之一，也是油田耗電大戶，其用電量約占油田總用電量的40％，且總體效率很低，據調查一般在30％左右。油田抽油機負載是獨具特點的時變負載：有動、靜負載特性之分。起動初始狀態要求拖動電機的起動力矩是抽油機實際負載的3－4倍，甚至更大，起動力矩是抽油機選配電機的第一要素。當起動力矩適用則負載功率必然匹配不佳，運行負載功率都遠小于電機的額定功率，即所謂"大馬拉小車"現象。過剩的抽油能力令抽油機的無功抽取時間增加，造成油井開采的電費成本居高不下，能源浪費十分嚴重。

變頻調速器具有低速軟啟動，轉速可以平滑地大范圍調節，對電動機保護功能齊全，如短路、過載、過壓、欠壓及失速等，可有效地保護電機及機械設備，具有運行平穩、可靠，提高功效等諸多優點，是抽油設備改造的理想方案。但是，將變頻器用于抽油機拖動時，也有幾個問題需要解決，主要是沖擊電流問題和再生能量的處理問題，以下加以分析。

1.閉環控制的采樣問題

抽油機利用變頻器調速，使之動態適應油井負荷的變化，達到節電的目的，必須要加外部傳感器，否則無法實現閉環智能控制，只能實現人工定值控制。所采用的傳感器的類型，與間抽控制器大體相同，但是在要求上是有差別的。流量檢測是最直觀、最準確的方法，如果能實現小流量檢測并解決防堵問題，應盡量采用流量傳感器。光桿載荷傳感器也能用來檢測井下液量的多少，與間抽控制不同的是，閉環調速控制只要求載荷的變化趨勢，不需要標定空抽設定值。光桿的平均載荷大，說明井下液量少，應減速運行，反之則可加速運行。電流控制不可取，因為這里除了配重的影響外，當電機調速時，電流也是隨著變化的，因此不能將電流信號用作控制依據。

2、再生能量的處理問題

由于抽油機屬位能性負載，尤其當配重不平衡時，在抽油機工作的一個沖程中，會出現電動機處于再生制動工作狀態（發電狀態），電動機由于位能或慣性，其轉速會超過同步速，再生能量通過與變頻器逆變橋開關器件（IGBT）并聯的續流二極管的整流作用，反饋到直流母線。由于交-直-交變頻器的直流母線采用普通二級管整流橋供電，不能向電網回饋電能，所以反饋到直流母線的再生能量只能對濾波電容器充電而使直流母線電壓升高，稱作"泵升電壓"。直流母線電壓過高時將會對濾波電容器和功率開關器件構成威脅，為了保護電容器及功率開關器件的安全，所以，變頻器都設置了直流母線電壓高保護停機功能。

2.1增大變頻器直流母線上濾波電容器的容量，將再生能量儲存起來，等電動狀態時再釋放給電動機作功。這種方法對節能有利，但是電容器的儲能作用是有限的，在大容量或者負載慣量大的系統中，不可能只靠濾波電容器來限制泵升電壓。

2.2采用"放"的辦法，可以采用由分流電阻器Rp和開關管S11組成的泵升電壓限制電路。也就是將回饋能量消耗在電阻上，這是一種耗能的方法，對節能不利。尤其是在大容量或者大慣量拖動系統中，能量的損失較大。

2.3對于地處北方寒冷地區的抽油機，為了在冬季增加原油的流動性和防止結蠟，而對井口回油管進行電加熱，如采用中頻加熱裝置。這時也可將變頻器與中頻電加熱裝置共用整流電路及直流母線，這樣可將電動機回饋到直流母線上的再生能量用于中頻加熱器，同時又防止了直流母線電壓的泵升。

2.4對于同一井場上有多口油井的場所，可以采用共用直流母線系統方案，即若干臺抽油機的變頻器可共用一臺整流器，將其直流母線聯結在一起，利用各變頻器的回饋能量不可能在同時發生的原理，將某一臺變頻器的回饋能量作為其他變頻器的動力。這樣即節約了能量，又防止了泵升電壓的產生。

2.5對于更大功率的系統，為了回饋再生能量，提高效率，可以采用能量回饋裝置，將再生能量回饋電網，當然這樣一來，系統就更復雜，投資也就更高了。所謂的能量回饋裝置，其實就是一臺有源逆變器

3.沖擊電流問題

游梁式抽油機是一種變形的四連桿機構，其整機結構特點像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。對于支架來說，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致，那么用很小的動力就可以使抽油機連續不間斷地工作。也就是說抽油機的節能技術取決于平衡的好壞。在平衡率為100％時電動機提供的動力僅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，則需要電動機提供的動力越大。因為抽油載荷是每時每刻都在變化的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化，才使得游梁式抽油機的節能技術變得十分復雜。因此，可以說游梁式抽油機的節能技術就是平衡技術。

據筆者對某油田18口井的調查，有6口井配重偏大，從而造成過大的沖擊電流，沖擊電流與工作電流之比最大可超過5倍，甚至超過額定電流的3倍！不僅浪費掉大量的電能，而且嚴重威脅到設備的安全。同時，也給采用變頻器調速控制造成很大的困難，一般變頻器的容量是按電動機的額定功率來選配的，過大的沖擊電流會引起變頻器的過載保護，不能正常工作。

通過對抽油機曲柄配重塊的調整，可以使沖擊電流降到電機額定電流之內，沖擊電流與正常工作電流之比在1.5倍以內。這樣，選用與電機額定功率同容量的變頻器，甚至略小于電機額定功率的變頻器（要視抽油機電動機的負載率而定）都可以長期穩定運行。由于抽油機的起動扭矩往往很大，慣性也很大，所以要將變頻器的加減速時間設置得足夠長，一般為30～50s，才不致在起動時引起過載保護。

4.電磁兼容性問題

這里主要講電磁干擾（EMI）問題，即變頻器對微電腦控制器，傳感（變送）器及通信設備的干擾問題。變頻器是一個很強的電磁騷擾源，變頻器中的開關器件，以及SPWM電壓波形，會對控制及通信系統造成很大的干擾。干擾的途徑，除了感應、輻射之外，還包括傳導干擾，即通過連接導線傳導的干擾。在控制系統中，變頻器只是一個執行機構，它的運行頻率（速度）指令由控制器通過對油井液量等信號的控制運算后給予，變頻器就通過控制信號線，給微電腦控制器造成了很大的干擾，以致使控制器無法正常工作。因為是傳導性干擾，采用屏蔽線是不解決問題的，要從信號線上的共模及差模干擾入手，采用共模與差模濾波器，才能解決干擾問題。

5.結語

抽油機在油田的使用量大，而負載率普遍偏低，功率因數則更低，電能的無謂浪費嚴重，節能降耗潛力巨大。變頻調速系統，使抽油機動態適應油井負荷變化，也可方便地進行調參。配以流量、載荷等傳感器，可實現最經濟的控制。同時其軟起動性能好，對延長抽油機壽命，減少維護費用有利。能耗基本上與轉速成正比，在部分可以降速的場合可以節能。因此，應通過加大科研開發和應用力度，提高油田管理水平，提高油田技術人員和工人的文化素質，使變頻控制技術廣泛應用在我國各大油田抽油生產中，使我國在抽油機變頻控制技術方面繼續保持世界領先地位.

參考文獻

[1]張曉玲，于海迎.抽油機的節能技術及其發展趨勢[J]，石油和化工節能，2007，2

篇7

主題詞：節能抽油機；PLC控制；變頻控制；無游梁抽油機

在采油成本中，抽油機電費占采油成本的30%左右，年耗電量占油田總耗電量的20%～30%，處油田電耗的第2位，僅次于注水。抽油機抽油系統總效率在國內一般地區評價只有12%～23%，先進地區也不到30%，降低抽油系統高能耗問題顯得尤為迫切。本控制系統以高效永磁同步電機為對象，加之合理的控制方案滿足油田生產節能降耗的需求。

一、系統方案

本系統抽油機為無游梁塔架立式直驅抽油機，其控制系統采用變頻器節能技術，以西門子PLC控制器S7-1200作為主控單元，控制ABB變頻器ASCM1-04AS-031A-4直接驅動永磁同步電機加速、減速、正轉、反轉，將電機的旋轉運動轉化為抽油桿的直線運動，實現抽油桿連續可控地上下往復運動，完成產液所需的抽油過程。同時，利用GPRS無線模塊實現與油田監控中心的數據通信，滿足現代油田信息化、數字化需求。

1.PLC系統

PLC系統是整套控制邏核心，包括PLC控制器、行程開關、數字電壓表、數字電流表、按鈕、指示燈等。PLC控制器選用西門子S7-1200小型可編程控制器，該系列控制器具有集成PROFINET接口、強大的集成工藝功能和靈活的可擴展等特點。S7-1200 CPU將微處理器、集成電源、輸入和輸出電路、內置PROFINET、高速運動控制I/O以及板載模擬量輸入集成于一體，帶有多達6個高速計數器，3個100kHz，3個30kHz，為用戶指令和數據提供高達50KB的共用工作內存，同時還提供2MB的集成裝載內存和2KB的掉點保存內存。

PLC系統通過檢測自動/手動旋鈕信號，進入自動和點動控制模式。自動模式下PLC控制系統依據用戶設定沖程、上行下行速度、加速減速時間，實時計算電機轉速及當前位置，通過PROFIBUS總線向變頻器發送速度控制目標值及方向，從而實現電機的提前加速減速及換向。點動模式下PLC控制系統按照用戶設定速度，控制變頻器速度值及方向，實現抽油桿單方向運行。

PLC控制器通過模擬量輸入接口與數字電壓電流表相連，實時監測供電系統電壓、電流狀況。上下極限開關、急停開關作為數字量信號連接到PLC控制器數字量輸入端。

操作顯示面板選用西門子KP600 PN 5.7寸按鍵式觸摸屏，它通過內置的PROFINET總線接口與PLC控制器進行數據通訊，利用西門子組態功能開發了抽油機控制系統人際交互界面，包括設定沖程、上下行速度，顯示實時沖程、沖次等參數的基本運行參數界面；查看變頻器當前輸出參數的系統運行狀態界面；以及包含記錄故障代碼、故障內容的異常報警記錄界面等。

PLC系統中PLC控制器通過擴展的RS232通訊模塊與GPRS（433M或Zigbee）無線模塊相連，借助無線模塊抽油機控制系統能夠將當前系統運行狀態參數、故障報警信息實時發送到監控中心或工作人員手機上，同時監控中心也可以遠程修改沖程、沖次設定值，及遠程啟停抽油機。

2.變頻器

電機驅動部分選用ABB公司ACSM1-04AS-031A-4高性能變頻器，ACSM1系列變頻器功率范圍0.75kW至160kW，采用DTC（直接轉矩控制）控制技術，提供了高性能的速度控制、轉矩控制和運動控制，支持有反饋或無反饋開環方式的異步及同步電機。該系列變頻器適用于本方案中閉環方式下同步電機的速度控制方式。通過外擴PROFIBS總線通訊模塊FPBA-01，實現與PLC控制器之間的總線數據通訊，傳輸實時轉速、頻率、電流、轉矩百分數、編碼器轉速和直流母線電壓，及I/O狀態，報警和故障代碼等變頻器實時參數信息。

上下換向、極限開關同時接入到變頻器數字量輸入端。自動運行模式下，系統以無限逼近的方式在上下換向開關間按設定沖程自動運行，當位移算法計算所得當前位置累計誤差超出門限值時，碰觸換向開關，變頻器檢測到該信號后立即減速。PLC控制器利用PROFINBUS總線檢測到換向開關對應的I/O狀態變化，啟動電機反轉運行，同時更新位移算法起始點。

二、軟件方案設計

PLC控制器和變頻器承擔了整套系統的邏輯控制功能，其中PLC程序又是整套控制系統的邏輯控制功能實現的核心，該程序的優劣決定著整套控制系統的性能及安全。PLC程序采用模塊化編程，結構清晰，便于調試及維護。PLC主程序流程圖如圖3所示。PLC主程序完成正常情況下工作模式判斷處理，依據不同數字量輸入完成啟動、停止、點動等動作處理過程，同時針對不同的故障和報警類別進入相應處理模塊。

上電初始化模塊完成對系統程序、參數的初始化，及顯示模塊配置參數導入等內容。

狀態自檢模塊用于實時檢測各按鍵和觸摸屏動作、當前系統總線上報的故障報警狀態，依據狀態自檢結果，進入相應的模塊處理流程。

參數設定模塊是依據現場人際交互界面所修改內容更新系統參數、保存新設定值等。點動運行模塊完成上行、下行按鈕按住時，變頻器輸出、松閘，實現點動上行、下行，在按鈕松開后，控制零速保持和抱閘制動。

自動運行模塊依據當前系統所處的啟停狀態和新啟停控制命令進到正常運行處理程序，完成當前位置判斷，對電機轉速、方向進行連續自動控制。

故障和報警處理模塊根據異常類別進到相應的處理程序，處理程序中包含面板報警顯示和處理意見、GPRS無線報警、電機制動、零速保持等。

PLC通過PROFIBUS總線向變頻器下發啟停控制字和轉速設定值報文，變頻器進入相應的啟動和停機處理程序。當收到上下行換向開關輸入時，電機停機減速，變頻器進入換向處理程序，并通過總線非周期向PLC發送換向報文。變頻器同步檢測極限和急停信號，及時進入相應處理程序。

三、結束語

基于PLC與變頻器的節能式抽油機控制系統選用應用廣泛的變頻節能技術，采用以PLC控制系統為核心，控制變頻器加速、減速、正反轉，將電機旋轉運動轉化為懸點上下往復運動，結構簡單，傳動效率高。電機正反轉直驅方式，實現了上下沖次單獨連續可調，能夠滿足老井、稠油井上慢下快的汲取方式，結合系統遠程監控功能，可以開展人工或智能化間抽遠程控制，最大程度上達到節能降耗的目的。

參考文獻：

[1]游梁式抽油機節能控制技術[M]，孫正貴，2008.3，中國石油大學出版社

篇8

[關鍵詞]抽油機 下偏杠鈴 節能技術

中圖分類號：TE933.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0265-01

1 下偏杠鈴游梁復合平衡節能技術結構組成

薩北開發區在用生產設備主要是游梁式抽油機，約占機采設備的72.57%，游梁式抽油機用電量占機采井總耗電量的57%。

為了解決常規抽油機存在的問題，研制了下偏杠鈴游梁復合平衡技術來改進常規抽油機，達到節能降耗和延長使用壽命的目的。

1.1 技術現狀

下偏是指杠鈴的質量中心G與過游梁的回轉中心O的連線與游梁中心水平線下偏一個角度；杠鈴是指偏置平衡配重裝置狀如“杠鈴”。下偏杠鈴游梁復合平衡抽油機結構有內插式和后翹式2種。內插式下偏杠鈴裝置運行在減速器之上、支架、兩連桿之間、小橫梁之下的有效空間。由于沒有增加新的空間，因此，具有結構緊湊的特點；后翹式下偏杠鈴裝置，利用減速器和底座之間的有效空間，具有平衡力矩大的特點，其余結構與常規游梁抽油機相同。

1.2 內插式下偏杠鈴節能裝置結構

內插式下偏杠鈴節能裝置由連接法蘭、杠鈴平衡體以及22千瓦小功率電機三大部分組成（見圖1）。

1.2.1 連接法蘭

把杠鈴配重體與抽油機尾部連接在一起，起連接作用。該法蘭與抽油機尾部通過焊接連接成一個整體；與杠鈴配重體通過法蘭上的12個螺母連接。

1.2.2 杠鈴體配重

杠鈴體配重由支架和杠鈴體組成。如果杠鈴片六片完全加上，形成的平衡重可達1.5×103 kg 。由于充分利用了減速器之上、支架、兩連桿之間、小橫梁之下的有效空間，結構十分緊湊。另外，杠鈴片還可以根據平衡情況進行添加或減少，使平衡達到最佳狀況。

1.2.3小功率電機

小功率電機采用功率較小電機，達到節能降耗作用，但如果電機功率過小，與所需設備不匹配，起到小馬拉大車的生產現象，達不到預期效果。

2 技術原理

2.1 常規抽油機平衡原理及其缺點分析

常規抽油機在一個沖程內承受的是交變載荷，因此加在電動機的負荷上下沖程是不均勻的。如果考慮動載荷（振動載荷、慣性載荷）的影響，這種不均勻性更加明顯、加劇。為了減少這種載荷的不均勻性，在抽油機上普遍加裝平衡裝置。這種平衡方式中，一方面平衡重在曲柄軸上所產生的平衡扭矩，隨曲柄的轉動而按正弦規律變化；另一方面，受其實際結構制約，曲柄不可能無限短，連桿也不可能無限長，致使在這種抽油機中懸點載荷作用到曲柄軸上的載荷扭矩Mwn并不按正弦規律變化，加上動載荷的影響，使這種“偏離”越發加劇。因此，在常規抽油機中，這種曲柄平衡扭矩Mr，并不能與抽油機的載荷扭矩Mwn很好地平衡。懸點載荷作用到減速箱輸出軸的扭矩峰值不可能與曲柄平衡塊產生的扭矩正弦曲線峰值相吻合，懸點載荷的扭矩峰值偏離了90°，使抽油機在一個工作循環中曲柄軸輸出凈扭矩Mn仍有較大的波動。從能耗角度講，凈扭矩波動大勢必加大功率而增大能耗；從動力角度講，為了保證抽油機的正常運轉，峰值扭矩高，勢必要選用較大的電動機，這種大電機、大峰值電流的配套方案，必將導致電機自身損耗和電路損耗的增加。同時，由于電動機工作在大馬拉小車的低功率因數狀態，還會使電網的供電質量變差。

2.2 改造后平衡狀況及節電原理分析

2.2.1 改善了平衡狀況

從三個典型位置（上死點、下死點、水平點）來看：懸點在下死點時，因加載懸點載荷較大，其下偏杠鈴的平衡力臂也較大，下偏杠鈴產生的平衡扭矩也最大，與載荷扭矩方向相反，在游梁上進行第一次平衡，削去載荷峰值扭矩（二者均對游梁中座O取矩）使第一次平衡后載荷作用到曲柄輸出軸的扭矩TWN不致于過大，并使其峰值接近90°；在上死點時，因卸載懸點載荷較小，其下偏杠鈴產生的力矩因平衡力臂K值的變小而減少。從而使載荷扭矩隨曲柄軸轉角變化而變化的規律盡可能與正弦規律相接近，達到加強抽油機的平衡效果，降低其曲柄軸輸出凈扭矩的峰值，減小其谷值，消除負扭矩，以降低其能耗的目的。

2.2.2 改善了受力狀況，延長了使用壽命

一是因游梁上加裝了下偏杠鈴，平衡條件得以改善，抽油機四連桿拉力將大幅度下降，也就是說，抽油機尾軸承座、連桿、曲柄銷總成、曲柄上的力將大幅度下降；同時，減速器和電機的扭矩也將大幅度下降。二是因游梁上加裝了下偏杠鈴，抽油機動力臂（后臂）變長，游梁中央軸承座上所受的鉛垂力將下降。

總之，常規抽油機上加裝了下偏杠鈴，抽油機上活動關節、中央軸承座、尾軸承座和曲柄銷總成受力減小了，延長了四連桿機構、電機以及減速箱的使用壽命。

2.2.3 降低了能耗

從扭矩曲線上可以看出（見圖2），由于增加了下偏杠玲裝置，與常規扭矩曲線相比，多了一條復合平衡扭矩曲線MQ與原凈扭矩Mn 相疊加形成新的凈扭矩Mn，，該凈扭矩曲線顯然比常規機更平緩，更小，幾乎沒有負值出現。又由于均方根扭矩Me（，Me ―均方根扭矩；Mn ―凈扭矩；θ―曲柄轉角）跟凈扭矩成正比，而電機消耗功率（，P―消耗功率；n ―電機實際轉速）跟均方根扭矩Me成正比，因此，下偏杠鈴裝置使抽油機凈扭矩減小，從而達到了節能降耗的目的。

2.3 試驗效果

通過對20口井抽油機下偏杠鈴改造，經過現場測試，平均綜合節電率為14.83%，日平均單井節電31kwh，平均單井提高系統效率5.05%。

3認識及結論

3.1用下偏杠鈴游梁復合平衡技術改造常規抽油機后，改善了受力狀況，具有節能效果，一種抽油機節能改造有效的技術手段之一。

3.2該技術在尾部加裝復合平衡重，改善了平衡狀況和受力狀況，使抽油機運行更加平穩，可以有效的延長抽油機的使用壽命。

3.3從單井效果表可以看出，雖然該技術平均單井節電效果達14.83%，但是，由于井況的不同，各單井的節電效果差別較大，這主要由該井負載狀況和節能潛力狀況決定，已經沒有潛力的井效果相對要差一些。因此，在現場運用過程中，要針對不同的井況來實施。

篇9

關鍵詞：抽油機　平衡率　節能

CYJY14-4.8-73HF型抽油機，以皮實耐用、沖程大、耗電少等優勢，在中原油田得到了廣泛應用。中原油田采油三廠抽油機不平衡現象嚴重，由于部分井負荷過大，采用4塊1.3噸平衡塊調整到曲柄端部仍然無法平衡，個別抽油機甚至采用6塊平衡塊仍然不平衡，造成抽油機平衡度達標率只有不到70%，這種現象不僅造成能源浪費，而且抽油機在不平衡狀態下運行，嚴重影響了抽油機壽命。

為解決上述問題，通過對目前抽油機運行現狀的研究、分析，決定對我廠嚴重欠平衡的常規游梁式抽油機井進行改造，在CYJY14-4.8-73HF型抽油機的基礎上，增加3.5t游梁后配重質量，改善游梁平衡效果，減少電量損耗，克服制造繁雜、安裝困難等缺點，從而達到節能目的。

改造后的新型CYJY14-4.8-73HF/B異相游梁抽油機后配重節能改造采用掛式連接，結構簡單、可靠性好、維修方便、性能可靠，能夠有效提高抽油機的平衡效果，從而實現節能和延長抽油機使用壽命的目的，同時保證了后配重在抽油機運轉時的穩定性。

一、施工方案

自2012年5月份開始，我廠先后在衛75-19井等115口嚴重欠平衡油井進行了后配重節能改造，到目前為止所取得各項經濟技術指標如下：

1.改善抽油機平衡效率、提高裝配效率，削減安全風險，使得平衡率在85%-110%之間。平衡度平均每口井增加14% ― 20%以上。

2.應用懸掛后配重后，單井上行最大電流降低9.3A，平均每口井電流降低8.5A，綜合節電率24%，115口井日均節約電量9936kWh左右。

3.間接效益：

3.1互換性：在CYJY14-4.8-73HF型抽油機上增加質量為3.5t - 4t懸掛式游梁后配重，在每一臺改造好的抽油機上能夠互換。

3.2運轉平穩性：可平穩可靠地懸掛在游梁尾部，使得后配重在抽油機運轉時不前后擺動，保證了抽油機運轉的平穩性。

3.3延長減速箱使用壽命：實現平衡扭矩從減速箱到游梁的轉移，減輕減速箱的負載，有利于延長減速箱的使用壽命。

3.4電動機運轉電流峰值降低，有利于延長電機使用壽命。

二、投資額及主要工作量

改造115臺抽油機后配重，單價3.98萬元/臺。合計項目投入457.7萬元。

三、后配重改造結構

新式后配重結構與老式CYJY14-4.8-73HF/B型后配重相比，前者為焊接、鉚接結構，后者只為焊接結構，其結構對比見圖1和圖2。

由圖中可以看出，老式后配重箱體結構復雜，需剪切大量筋板、方板，并且需鉆床配合，進行焊接、鉚接工作。改進后的后配重，結構單一，只需用滾板機滾出圓筒，再氣割出連接板進行組對焊接即可。兩種后配重與游梁的連接方式見圖3和圖4。

老式后配重與游梁之間采用連接板連接，用4個銷子定位。現后配重采用圓鋼掛于游梁上翼板上，內側用角鋼靠在游梁尾部，利用后配重自重進行自鎖定位。

老式后配重裝配時，需裝配人員到游梁尾部進行插銷工作，而新式后配重裝配時，直接利用吊車把配重掛于游梁擋板處即可。安裝省時省力，提高了裝配效率，削減了安全風險。

四、節能后配重節能原理

該技術采用了偏置變矩技術原理，在抽油機運轉過程中，抽油機后配重始終有一相對于支架軸座中心的向心力，從而產生一相對于后配重掛于游梁上翼板軸的逆時針轉矩，緊靠于游梁尾部，游梁尾部的新式配重（圖2），將曲柄平衡機構與偏置變矩機構有機地結合在一起，產生復合平衡。

另外，由于平衡重受力點由減速器輸出軸向游梁轉移，減輕了減速器的直接負荷，加上復合平衡效果，使減速器及電機的運行更加平穩，因而提高了皮帶――減速器系統的傳動效率，從而改善了電動機的負荷狀況及降低電耗。

五、應用情況

2012年5月份開始，我們通過對全廠平衡率低的游梁式抽油機油井進行全面調查，確定了符合改造條件的115口井進行改造。

1.年節能能力

例如衛四區衛75-6井改造前日耗電392kWh，改造后日耗電331kWh，日節電61 kWh，衛75-21井改造前日耗電399kWh，改造后日耗電288kWh，日節電111 kWh，衛77-19井改造前日耗電328kWh，改造后日耗電305kWh，日節電23 kWh，綜合節約電量如下：

單井平均日節約電量65kWh，全年按運行12個月360天計算，115口井日節電7475 kWh，年節電269.1×104 kWh，折算為330.7噸標煤。

2.截至2012年年底累計節能量

2012年累計節電92.56萬kWh ；全年已節約113.8噸標煤

經濟效益

項目投入：

改造1臺懸掛后配重需投資3.98萬元，改造115臺共投入457.7萬元

項目產出：

年節約用電269.1萬kWh，節約成本0.73元/kWh（我廠綜合平均電價）×269.1萬kWh=196.4萬元

該項目年可創效：

投資回收期：

年投入產出比= 457.7 : 196.4 =1：2.33，應用2.33年即可收回投資

2012年已累計創效 67.6萬元

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[關鍵詞]變頻柜 節能降耗 電機 生產參數

中圖分類號：TE933 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2013）06-0269-01

1、前言

隨著變頻技術的發展快速發展，在孤島采油廠得到了廣泛的應用。變頻柜技術的原理是結合信息技術、模糊控制技術、計算機技術、變頻調速技術、傳感器技術等現代高新技術，使抽油機生產能耗得到有效的控制。同時，利用變頻調速技術，通過傳感器技術實現模糊控制，可使機抽油機保持在最佳狀態下生產，有效杜絕了設備的空耗和低效，達到節能降耗的目的。

2、抽油機配套變頻柜工作原理

2.1 工作原理

抽油機變頻柜中處理再生電能的方法有制動電阻、吸收電容、回饋制動等，其中較為先進的方法是利用回饋制動的方式將這部分電能回饋電網。抽油機能量回饋智能變頻控制柜，在電動機驅動抽油機的狀態時由主變頻器從電網吸收電能，而在油井釋放能量狀態時由回饋變頻器將這部分能量變成與電網電壓同步同相位的正弦波經過濾波后回饋電網，利用變頻控制柜+永磁電機配合使用，進行節能改造經實踐證明效果非常明顯，節電率高達30%～60%。

2.2 增油降耗效果明顯

動態節能裝置通過輸入正常頻率、最小載荷、最高頻率、最低頻率，能夠根據實時采集載荷及示功圖進行分析處理。在一個沖程內采集的載荷大于最小載荷，抽油機按正常頻率運行，如果采集的載荷小于最小載荷，變頻柜將在最高頻率和最低頻率之間分成多段運行。對于上下不平衡油井，控制抽油機按不同的頻率運行，達到上.陜、下慢的方式運行，減少空抽，提高泵效，從而實現節電增產的目的。

2.3 配套電機節能原理

如果電動機運行在額定負荷或額定負荷附近，則電動機屬于經濟運行。但實際上，“大馬拉小車”的現場十分常見。因此，電動機節能是不容忽視的重要問題。電動機運行效率取決于電動機負荷率，國家標準GBl249～1995規定，Y2系列（IP44）37kw/6極電動機的負荷率應大于0.40：22kw 6極電動機的負荷率應大于0.46，此時電動機為經濟運行。對于不同功率的Y系列電動機，效率下降點也不同。一般情況下，效率和功率因數隨負荷率變化的曲線如圖所示。把效率將要快速下降點q所對應的負荷率稱為臨界負荷率β。當負荷率β>βa時，效率的變化不大，這是由于電動機的可變損耗和不變損耗的對比關系所決定的，當負荷率β（0.70時，功率因素下降很快。功率因素的低下不但使電動機本身能耗有所增加，而且給電網造成了附加損耗，降低了電網容量和變壓器設備的利用率。

應用實踐證明，只要負荷率β不低于βa，“大馬拉小車”的影響主要是降低功率因數。對于一般負荷下，節電的關鍵是提高負荷率。如果將負荷率提高到O.70-0.80可以說是最佳運行區間。就是說，一般工作在β=0.70以上，功率因數就比較高。

3、抽油機常規電動機運行特點

常規游梁式抽油機約占機采井總數的75%。它工作時承受帶沖擊性的周期交變負荷，如圖2a所示。這一負荷特性要求驅動電動機在選擇容量時留有足夠的裕度，以保證帶載啟動時能克服抽油機較大的慣性矩，滿足啟動要求；在運行時有足夠的過載能力，以克服交變載荷的最大扭矩。因此，電動機容量選擇就過大，負荷匹配不合理，大多數情況下電動機處于輕載狀態，負荷率一般為O.25。

游梁式抽油機節能應包括兩個方面：（1）從電動機本身考慮，就是提高電動機效率和負荷率，從而提高運行效率和功率因數。提高電動機效率的潛力不大，能提高幾個百分點就很不容易而且是以提高電動機成本為代價的。因此，如果負荷率高于臨界負荷率，只要并上適當的補償電容器就達到節能的目的。（2）從系統考慮，就是改變電動機的機械特性，使機、桿、泵整個系統達到較好的配合，提高系統效率。兩者比較，后者的節能潛力比前者大得多。因此，后者應該是游梁式抽油機用電動機節能的主要研究方向。

4、孤島采油廠電動機節能情況

近年來，孤島采油廠工程技術人員在抽油機用電動機節能方面做了大量的研究工作，為采油廠的節能做出了很大貢獻。

目前孤島采油廠電動機節能主要分為三方面：（1）人為地改變電動機的機械特性以實現負荷特性的柔性配合，從而提高系統效率，實現節能。這種方法主要是改變電源頻率。（2）從設計上改變電動機的機械特性（如高轉差電動機和超高轉差電動機），從而改善電動機與抽油機的配合，提高系統運行效率，達到節能。（3）通過提高電動機的負荷率、功率因數，實現節能。下面對油田普遍使用和正在試驗的幾種電動機進行分析。

4.1 變頻調速電動機

變頻調速是一項成熟的節能技術，抽油機有兩種工作狀態：（1）電動機驅動機械設備運動抽油機從電網吸收電能。（2）釋放能量（機械勢能，井下負壓，平衡塊勢能等原因），由機械設備帶動電動機運動，是一個發電的過程。就是說，抽油機在相當長一段時間內，要把勢能變為電能回饋電網。在不使用變頻器時，這個電能是直接回饋電網的，并沒有在本地設備上消耗掉。綜合表現為拍油機供電系統功率因數較低。但是在使用變頻器時，情況發生了變化。普通變頻器的輸入是二極管整流，能量不可反方向流動。

4.2 稀土永磁同步電動機

上世紀90代初，大慶石油學院和西安石油學院對稀土永磁同步電動機進行了研制和現場試驗，收到了較好效果。這種電動機的轉子由磁鋼、稀土材料和啟動鼠籠組成。轉子損耗比普通異步電動機小得多，因此電動機本身的效率比普通Y系列電動機高約5%，功率因數達到0.9，其額定運行時機械特性比Y系列電動機還硬，因此不能改善機、桿、泵系統配合，起不到系統節能的作用。

4.3 繞線式異步電動機

游梁式抽油機用電動機節能是一個非常復雜的問題，選擇方案時要考慮電動機效率、功率因數、系統增效、成本投入、可靠性及現場管理等問題。系統增效是指機、桿、泵整個系統效率提高的潛力：損失效率是指節能系統本身的損耗：啟動性能是指電動機啟動電流小，啟動轉矩大為好。