抽油机节能范文

导语：如何才能写好一篇抽油机节能，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

我国的石油储备含量远中东国家，大多数油田属于低产油田，并且渗透率较低，需要依靠性能良好的设备作为生产辅助工具，抽油机是保证油田开采的重要器械，但是，我国的很多抽油机的能耗较大，性能较差。目前，我国已经有大约一半的抽油机配备了节能设备，无论是抽油机本身的结构改造，还是抽油机供电系统的改良，包括抽油机配电箱的配备，都属于抽油机的节能措施。这些节能措施不仅能对消耗的电能进行节约，还能提高能源利用率，使石油开采企业在节约能源成本的情况下不影响企业的正常工作效率。当前，我国抽油机总数在100000台以上，抽油机电动机能够容纳的电能在3500MW，电能的年消耗量在一百亿千瓦时以上，在消耗如此多电能的情况下，我国的抽油机使用效率仍与世界平均水平存在5％左右的差距，因此，我国的抽油机具有很大的节能空间，只要节能措施得当，我国的抽油机将每年节约电能超过十亿千瓦时，因此，在研制抽油机的节能措施对电能的节约具有重要意义。

2我国抽油机的节能措施

2.1使用节能型抽油机

节能型抽油机是保证抽油机节能效果的重要设备，且分为很多种类，异相曲柄抽油机是较为常见的抽油机种类，这种类型的抽油机属于循环式抽油机且具备不对称性。这种抽油机的上冲程消耗的时间大于下冲程消耗的时间，当CYJ10-3-26B（Y）抽油机的冲次n在9min-1时，抽油机的上冲程与下冲程时间相同，均为3.55s。当CYJ10-3-26B抽油机的冲次n=9min-1时，抽油机的上冲程与下冲程的时间均在3.33s。如果两种类型的抽油机消耗同样的电能，CYJ10-3-26B（Y）的光杆功率可以降低6％，因此，CYJ10-3-26B（Y）的井下效率非常高，可以为石油开采团队节约较多的电能成本。一些新型抽油机是在原有是抽油机基础之上改造得来的，例如，双驴头抽油机就是这一类型的代表。这种抽油机改造之前属于游梁式抽油机，改良工作并没有影响这一类型抽油机的原有性能，且降低了抽油机的冲次，使抽油机能够节省更多的电能成本，并提高单位时间内的工作效率。有些新型抽油机的改良综合了世界各国多年的改良经验，具有较高的科学性，直线电式抽油机就是其中的代表，这种抽油机的主要能量来源为直线电，利用直线电的传播，使抽油机的传动方式变得简单，避免的抽油机过多的能量损失。研究表明，使用这一类型的抽油机能够将抽油机的整体能耗量降低26％，并且能够很大程度上提高抽油机的平衡度。有些抽油机的诞生时间较短，属于新式样抽油机，渐开线式抽油机就属于这一类型的抽油机，这种抽油机的节能性比异相曲柄抽油机的节能性更好，在外部条件相同的情况下，用电效率可以降低50％，是一种理想的节能型抽油机。

2.2使用抽油机节能电控装置

抽油机是对电能需求较大的设备，如果采用较为常见的异步电动机作为抽油机的供电装置，将会浪费大量的电能，因此，要从抽油机的启动角度入手，对抽油机的电控装置进行改良。抽油机的启动方式为带载启动，这种启动方式具有较强的惯性矩，因此，要对抽油机的最大扭矩进行测量，并根据最大扭矩对电控装置进行选取，以确保抽油机能够正常投入使用。在抽油机开始运转之后，平均扭矩要略小于最大扭矩，因此，电动机的实际投入功率要小于额定功率。抽油机电控装置的配置要根据石油开采地区实际情况进行，如果油井状态出现异常，要保证电控装置不会受到较大的影响，避免电能不能正常释放所产生的热能影响电动机的正常使用。如果油井需要进行维护，施工人员要尽可能少的更换电控装置，避免装置受到破坏。目前，我国很多抽油机的泵排量大于油井的地下渗透力，因此，从加强抽油机的单位时间工作效率入手对抽油机进行改造能够很大程度上节省抽油机所消耗的电能。可以对油井的开采制度进行改良，虽然这会导致抽油机施工团队石油开采总量的减少，但会为石油开采团队节约大量的电力资源成本，从而提高石油开采团队的整体经济效益。可以考虑通过改变抽油泵电动机转速的方法实现抽油机的节能，要确保抽油机的电动机转速完全符合开采油井的实际渗透性，因此，要在电动机设备上进行变频装置的安装，以便工作人员可以根据实际情况随时调节电动机的频率，要重点考虑油井的实际产出量，并通过对电动机电频的调整进行电动机功率的调节，使电动机可以在正常运使的过程中节约电能，使用电动机变频装置，不仅可以大幅度节省抽油机的电能，还能够保证抽油机正常运行并产出足够的石油，还能够减少供电电网的负荷，避免电网因电流过大而损坏。

3我国抽油机的发展趋势

间抽控制装置是我国抽油机主要的发展方向，在使用间抽控制器之前，要首先对油田进行调查，我国的大多数油田渗透能力不是很高，但是，为了保证油田的正常开采，抽油机一般将电频调节到最大幅度，这样做虽然保证了油田的正常开采，却严重降低了抽油机的实际效率，造成电力能源的严重浪费。因此，要对抽油机的参数进行调整，并利用科学的间开制度对抽油机的效率进行控制，科学的使用间抽控制装置，能够在油井不能开采出足够的石油或平均使用开采量较小时，自动将电能消耗较大的抽油装置进行关闭，延长油井蓄积的时间，当油井当中重新蓄积了足够的石油之后，系统会重新开启抽油装置，使抽油机能够开采到足够的石油，提高单位时间才有效率，节约电力能源。

4结束语

篇2

关键词：抽油机 优化 节能

一、抽油机设备的优化

1.抽油机的优化

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：

a.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。

b.计算悬点最大载荷和减速箱输出扭矩。

c.查阅各型抽油机的技术规范表，选出需要的抽油机型号。

d.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。

2.电机优化

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。

二、生产参数的优化

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。

三、设备的优化组合

1.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.节能抽油机（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。因此偏轮游梁抽油机不适合与高转差率电机组合。 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％，因此双驴头抽油机和偏轮游梁抽油机不适合与星—角转换式节电箱组合。

篇3

[关键词]常规抽油机 抽油机特性 节能

中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0041-01

引言

抽油机井用电量约占油田总用电量的40%左右，是油田耗能大户。虽然节能抽油机用量每年都在增加，但油田大量在用抽油机的主流仍然是常规游粱式抽油机和偏置（也称异相）游粱式抽油机，截止到2005年11月，某油田共有抽油机31827台，常规抽油机26675台（其中包括常规游粱式抽油机6664台，偏置游粱式抽油机19299台，前置机99台，其他常规机514台），常规机占抽油机总数的83.8%。分析常规抽油机的特点、使用现状及负载特性，探索其节能潜力具有一定的现实意义。

1.目前某油田常规抽油机井现状

常规抽油机以其结构简单、制造容易、维修方便、使用可靠、可以长期在油田全天候运转等优点被广泛应用。但是抽油机也有其自身的缺点，如惯性载荷大、动载大、平衡困难、上下冲程扭矩波动大、效率较低、在长冲程时体积较大和笨重以及设备投产后更新难度大等。目前大庆油田在用的3万多口抽油机井，平均泵效约为43%，系统效率平均在23%左右（如表1）。

2.常规抽油机的负载特点

2.1 抽油机靠抽油杆的上下运动将原油抽汲到地面的管网中，抽油机的上冲程提起油柱时需要的功率大，而下冲程时勿需动力可自行下落。为了使负荷均匀，一般配有某种平衡机构，如平衡块，电机轴上形成的总负荷转矩为油井负荷扭矩和平衡扭矩之和。不同的油井其负荷曲线不同（图1），主要与井况和平衡有关。抽油机的负荷曲线有以下特点：

2.2 抽油机的负荷呈周期性波动，波动频率常用冲次表示，常规抽油机冲次一般说来为6～12次/min，即波动周期5～10s。

2.3 平衡扭矩是一正弦曲线，而油井负荷扭矩不规则，形成的总负荷扭矩曲线常出一、二次负功率。

2.4 负载扭矩平均值约为最大值的1/3。

抽油机的负荷特点决定了选用普通异步电动机来驱动抽油机不可避免地就会形成“大马拉小车”的现象。

2.5 首先，抽油机起动时都是带载起动，惯性矩较大，起动时又总在上下死点处起动，油田在选配电动机时为了起动顺利，一般按最大扭矩选配电机，而抽油机起动后正常工作时平均转矩与最大扭矩相比又较低，所以电机输入功率最多仅有额定功率的三分之一，这是造成“大马拉小车”的主要原因。

其次，油田在选配电机时考虑油井工况异常，如砂卡结蜡时，不致因起动困难烧毁电动机，当油井负荷因修井等原因负荷变大时不频繁更换电动机，而人为的又增大了余量，加剧了“大马拉小车”这一现象。

常规抽油机低负荷运转造成电机效率低，功率因数低。抽油机的负荷呈周期性波动，电机转速波动，增加了电机的损耗。周期性的负功率大小与抽油机的平衡情况有关，但难以根除这一现象，负功率在抽油机电动机和电网之间流动，有功电能的吞吐增加了电机和电网的损耗，导致功率因数降低。

3.常规抽油机的节能潜力分析及对策

3.1 敏感性因素分析

影响抽油机井系统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机类型、电动机类型和特性、冲程、冲次、平衡度、皮带、减速箱、井口油压、套压、盘根盒，井下部分因素包括管、杆柱组合、泵深、沉没度、运行摩阻、泵径、充满系数、杆管偏磨、原油粘度、气体、结蜡状况、地层供液能力。找出影响系统效率的关键性因素，地面、井下各环节综合考虑才能使抽油机系统达到更好的运行效果。

3.2 平衡方式

随着开采时间和井况的变化，抽油机井的平衡状态也随之变化，抽油机井系统的平衡度对抽油机井的系统效率影响较大，保持合理的平衡是抽油机井节能降耗的有效手段，研究新的平衡方式，实现随动平衡，使抽油机井运转过程中的平衡状态随负载的变化而调整，从而达到节能的目的。

3.3 降低抽油机井悬点载荷

3.3.1 降低动载

游梁抽油机的合理驱动在考虑其负载特点的同时，还要有利于机、杆、泵系统的配合，因此为适应常规抽油机的交变载荷，应该采用软特性驱动，尽可能采取低冲次运行，因软特性可以减缓换向加速度，降低惯性载荷和振动载荷，从而可以大大降低减速器的峰值扭矩。

3.3.2 降低静载

采用轻质抽油杆可以大幅度降低抽油机井悬点载荷，因此有必要开展轻质柔性抽油杆的适应性研究。

3.4 提高泵效

3.4.1 研究提高抽油泵充满系数措施，如：安装气锚。对于油气比较高的井，使用气锚可提高泵的容积效率来达到提高系统效率的目的；

3.4.2 加强降低冲程损失技术研究，研制安全可靠的油管锚定工具，降低冲程损失，提高泵效；

3.4.3 以系统效率最大为目标，抽油机井优化设计软件为手段，利用现有的模拟试验设备，开展不同工况参数条件下常规抽油机井的系统效率评价试验研究工作。

4.认识

4.1 抽油机的负荷特点决定了选用普通异步电动机来驱动，这种驱动方式不可避免地形成“大马拉小车”的现象。同时油田在选配电机时考虑油井工况异常，人为的增大了余量，加剧了“大马拉小车”这一现象。

4.2 通过对抽油机井敏感性因素分析、研究合理的平衡方式、降低抽油机井悬点载荷、提高泵效率等技术，可以实现抽油机系统节能降耗，运转工况合理。

参考文献

[1] 蒋汉青、赵子刚编.《采油工艺实践》黑龙江科学技术出版社1990

[2] 陈涛平、胡靖邦主编.《石油工程》石油工业出版社2001

篇4

1 概述

自从100多年前，以燃烧石油制品为动力的机器诞生以来，对石油的需求量飞速增长，也为石油工业的发展提供了契机。随着采油业的发展，产生了被广泛使用的油井举升设备——抽油机。

抽油机的种类繁多，技术发明有数百种。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。

目前，应用最为广泛的是游梁式竖井抽油机采油系统，如图1所示。由图1可见，该系统由3部分组成，即地面部分——游梁式抽油机，它由电动机、减速箱和四连杆机构（包括曲柄、连杆和游梁）等组成，详细结构见图2；井下部分——抽油泵（包括吸入阀、泵筒、柱塞和排出阀等），它悬挂在套管中油管的下端，可分为杆式泵和管式泵；联接地面抽油机和井下抽油泵的中间部分——抽油杆柱，它由一种或几种直径的抽油杆和接箍组成。

我国的油田不像中东的油田那样有很强的自喷能力，多为低渗透的低能、低产油田，大部分油田要靠注水压油入井，再用抽油机把油从地层中提升上来。以水换油或者以电换油是我国油田的现实，因而，电费在我国的石油开采成本中占了相当大的比例，所以，石油行业十分重视节约电能。目

前，我国抽油机的保有量在10万台以上，电动机装机总容量在3500MW，每年耗电量逾百亿kW·h。抽油机的运行效率特别低，在我国平均效率为25.96％，而国外平均水平为30.05％，年节能潜力可达几十亿kW·h。除了抽油机之外，油田还有大量的注水泵、输油泵和潜油泵等设备，总耗电量超过油田总用电量的80％，可见，石油行业也是推广“电机系统节能”的重点行业。抽油机节能包括节能型抽油机和抽油机节能电控装置的研制与推广两个方面，对此两大技术的研究方兴未艾。介绍和宣传的文章很多，众说纷纭，莫衷一是。厂家的产品性能介绍亦有“王婆卖瓜”之嫌。因此，有必要将目前常见的几种类型的抽油机节能电控装置作一个科学的分析比较，以供用户选用时参考。在全国各油田进行试验或已投运的节能电控装置不下数十种之多，大体上可以分为5种类型，下面分别加以讨论。

2 间抽控制器（POC）

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，井中液面逐渐下降，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。对于这种油井，最简单的方法是实行间抽，即当油井出液量不足或发生空抽时，就关闭抽油机，等待井下液量的蓄积，当液面超过一定深度时，再开启抽油机，这样就提高了抽油机的工作效率，避免了大量的电能浪费。

间抽控制的原始做法是派人定时到油井去开停抽油机，即使在发达国家，目前也还有不少油井采用这种人工控制方式，以便解决抽油机的低效和浪费问题。这种做法每天要派人去井场操作好几次，经过长期试验才能摸索出适合各油井的间抽规律，费工费时。于是就引入了定时钟，只须设定开、停机时间，便能自动地进行间抽控制，但是，这仍然无法解决令抽油机的工作能力动态地响应油井负荷的变化，以达到最佳的节能效果，同时，还有可能会影响油井的产量。

为了解决上述问题，通过安装相关的传感器，精确感知油井负荷的动态变化，实现智能间抽控制（IPOC）。为此，可采用各种不同的传感器达到控制目的，下面分别予以介绍。

2.1 液面探测器

如果能直接测出井中的液面，那么就可以用它来控制抽油机的运行。当液面高度超过泵时，就启动抽油机；当液面降到泵的吸入口处时，就关闭抽油机，避免空抽的发生。早期的方法是使用永久式的井下压力传感器来检测液面，现代则是利用声波装置从地面上自动监测井下液面深度，但是，由于装置复杂，维修费用高而没有得到普及。

2.2 流量传感器

在井口通过流量传感器检测油井的出液量，是实现抽油机控制最直接，也是最有效的方法。但是，由于国内的油井产量太低，有些油井的产量每天只有几m3，甚至不足1m3，合10cm3/s。这么小的流量检测，对于各种类型的流量传感器来讲都是一个难题，再加上井中采出的油液中含有大量的泥沙和蜡块，经常会发生堵塞现象，因而也未能获得推广应用。

2.3 电机电流传感器

应当说，电机电流的检测是最方便、最可靠，也是最为廉价的方法。当发生空抽时，下冲程开始

时游动阀并没有打开，光杆载荷为杆柱重量及游动阀上部液柱的重量之和，可平衡掉大部分的配重的重量，电动机只要用很小的能量就可将杆柱送入井底，电机电流较小；当油井中泵的充满度较高时，下冲程开始不久，游动阀即打开，泵中液面托住了游动阀上部的液柱重量，并且使抽油杆柱也浸没在液体中，因而光杆载荷只是杆柱在液体中的浮重，这也就意味着电机将用较大的能量来举起曲柄或游梁尾部的平衡块的重量才能将杆柱送入井底，因而电流就较大。

在下冲程时设置一个设定值，当发生空抽时，实际电流将降至此值以下，控制器就关闭抽油机。也可通过电机的平均电流进行检测，从实际平均电流的下降中也可很容易地鉴别出空抽的发生。但是，电流的检测受到抽油机配重的影响而使实际的电机电流变得很难控制，绝不像某些肤浅的文章中所描述的那样，是近似方波的电流波形。实际的抽油机电动机的扭矩（电流）曲线如图3所示。这种不规则的扭矩（电流）曲线，只有通过抽油机的机械结构和平衡曲线的改变方能改变，而不是通过电控装置可以实现的，因此，这是一个机电一体化的系统工程问题。

2.4 抽油杆载荷传感器

普遍采用的方法是通过特制的传感器，对抽油机的光杆载荷进行检测，因为，光杆载荷是井下泵运行情况的最好监视器，并且它不受平衡配重的影响。泵的充盈系数（包括空抽）通过对抽油杆载荷的分析可以很容易地被检测出来。另外，更重要的是抽油杆载荷数据，加上抽油杆位置的信息，正是分析井下工况的“示功图”的必备数据，利用这些信息可对抽油机的运行情况进行全面的分析。

在光杆或游梁上安装测力传感器可以测出抽油杆的载荷数据。光杆测力传感器比较准确，但易于损坏；安装在游梁上的传感器准确度比较低，但比较耐用。国内已有抽油机专用的测力传感器产品。利用载荷传感器的数据绘制的示功图，检测抽空控制设备的工作原理如图4所示。

抽空控制最可靠的一个方法是计算光杆所做的机械功，因为，机械功与被示功图所封闭的面积成正比，所以，空抽表明输入到系统中的能量减少，只须计算示功图的面积或一部分面积即可检测抽空条件。其方法包括在示功图上设定两条垂直线，计算这两条抽油杆位置线之间示功图的面积或曲线下面的面积，如果用示功图里面的面积，可检测出图4中的面积1减少了；如果用示功图下面的面积，则可检测出面积2增加了。

同时，也可像电机电流信号一样，通过计算光杆载荷平均值的办法来检测抽空的发生，较高的载荷平均值表示有可能发生空抽，而较低的载荷平均值则表示油井中液量多。

总之，间抽控制器的优点和经济效益是显而易见的。

1）由于缩短了抽油时间，大大减少了能量消耗。但是，在用人工控制和定时自动控制间抽时，由于惟恐减产，几乎都会发生实际抽油时间比必要的抽油时间长的情形，因而不能完全避免空抽。通过传感器信号实现闭环控制的智能间抽控制器（IPOC），在检测到空抽时立即关闭抽油机，避免了空抽的发生，平均可多节约能量20％～30％。

2）相对于人工间抽和定时间抽来讲，智能间抽控制由于达到了较低的平均液面，增加了产量。因为，较低的液面意味着较低的井底流压，结果较多的液体流入井底，通常可增产1％～4％。

3）由于消除了液击现象，可使井下和地面设备的维修费用减少25％～30％。另外，通过IPOC装置可提前探测到油井故障，从而进一步减少了所需的修井作业量。

4）使用微电脑技术的IPOC装置大大增加了抽油系统的性能信息检测数据，为抽油机的遥控遥测及集中控制创造了条件。

3 软起动及调压节能型

由于抽油机的功率档次有限，如30kN，60kN，

80kN，100kN等，而每一口油井的参数都不一样，在选配抽油机时，不可能做到量体裁衣，刚好和抽油机的功率档次相匹配，一般留有一定的功率裕量；各型抽油机在配用电动机时，为了保证抽油机在各种工况下正常运行，也留有一定的功率余量；随着油井由浅入深的抽取，油井的产液量越来越少，抽油机的负荷也相应减小。由于上述原因，就造成了抽油机的实际负载率普遍偏低，大部分抽油机的负载率在20％～30％之间，最高也不会超过50％，形成大马拉小车的现象。而当电动机处于轻载运行时，其效率和功率因数都较低，此时若适当调节电动机定子的端电压，使之与电动机的负载率合理匹配，这样就降低了电动机的励磁电流，从而降低电动机的铁耗和从电网吸收的无功功率，可以提高电动机的运行效率和功率因数，达到节能的目的。

3.1 电动机定子绕组/Y转换降压节能

由于低压电动机在正常工作时，定子三相绕组是接法，这样每相绕组承受380V的线电压，电动机可产生额定的输出机械功率。电动机的转矩是与电压的平方成正比的，当电动机轻载（负载率<33％）时，可以将电动机的绕组由接法改成Y接法，使每相绕组只承受220V的电压，即为额定电压的1/，电动机的转矩也就仅为额定转矩的1/3。当负载率>33％时，再将电动机绕组改为接法运行，否则，会因电流过大而烧毁电动机。电动机在进行Y/转换时会产生冲击电流。

Y/接法转换的实现一般采用交流接触器实现，也可以通过晶闸管开关实现，两种方法在节能效果上并无差异，而转换控制电路如何准确掌握转换时的负载率则会对节能效果产生较大的影响。当负载率β<33％时，不能及时进行Y切换，则会影响节能效果，而当负载率β>33％时，不能及时进行Y切换，则会使电流过大，铜耗增加，反而费电，同样影响节能效果。为了不使转换频繁发生，一般在转换点的负载率之间设置一定的回差，通常采用负载率β<30％时进行Y转换，而当β>35％，进行Y转换。

    3.2 晶闸管相控与调压节电软启动

晶闸管软启动与调压节电的控制框图如图5所示。由单片机控制串联在电动机定子主电路中的晶闸管?触发角α，即可以改变加在定子绕组上的端电压值，从而起到调压节电的目的。其优点是可以动态跟踪电动机的功率因数或输入电功率，达到最佳节能效果；在负载突然增加时也可得到及时的响应，以免电动机堵转；且可兼作电动机的软启动器，同时由于采用单片机控制，具有完善的保护功能。其缺点是造价较高，且由于对晶闸管进行相控，会产生大量的谐波，对电网、电机以及通信系统造成不良的影响，今后这类产品将因达不到电磁兼容的标准而被限制使用。关于电动机降压节电的有关计算和校验，国标GB12497?1995《三相异步电动机经济运行》中有明确的要求。在采取调压节电时，既要达到节电的目的，又要保证电动机轴上的出力，并有一定的过载系数，否则，当负载波动时电动机将发生堵转而烧毁。电动机轻载降压时，首先是功率因数上升，节约了无功功率。这里必须着重指出：不是所有的降压行为都能达到节能的目的，只有当电压的降低程度大于转差率及功率因数的上升程度时，才能使降压运行的电动机效率得到提高而节能。

经过各种检验计算，电动机降压后的最低电压范围大致为（0.56～0.27）UN。以上数据是以正弦波电压计算的，若考虑到晶闸管调压所产生的谐波，引起电动机的噪音，振动和附加发热等因素，其节能效果还要降低。一台Y1600—10/1730型电动机轻载降压节能效果的计算数据见表1。Y1600—10/1730型电动机的原始数据为：额定功率PN=1600kW，额定电压UN=6.0kV，额定电流IN=185A，额定转速nN=595r/min，最大转矩倍数（最大转矩/额定转矩）=2.22，起动电流倍数（堵转电流/额定电流）=5.53，起动转矩倍数（起动转矩/额定转矩）=0.824，额定效率ηN=94.49％，额定功率因数cos?=0.879。电动机额定负载时的有功损耗ΣPN=93.3kW，电动机的空载损耗Po=29.6kW，空载电流Io=46.25A，电动机带额定负载时的无功功率QN=918kvar，电动机的空载无功功率Qo=480.6kvar。

由表1可知，电动机降压节能，主要节省的是无功功率，提高了功率因数，对供电网有利。而有功节电主要节省的是电动机自身损耗的一部分，且随着负载率的上升而锐减：负载系数β=0.1时，有功节电率为15％；β=0.2时为5.3％；β=0.3时仅为2.1％。按照国标GB12497?1995的规定，综合节电为ΔP＋KqΔQ，其中Kq为无功经济当量，其值规定为：电动机直连发电机母线时取0.02～0.04；经二次变压时取0.05～0.07；经三次变压时取0.08～0.1。一般抽油机电动机均经三次以上变压，可取为0.1，也即每节省10kvar的无功功率，可折合为1kW的有功功率计算。由于降压节能时电动机的转速基本上不变，轴上的负载也不变，则电动机的输出轴功率是不会改变的，节省的只是电动机自身损耗的一部分，表1中第7栏综合节电率应为表中第4栏的数据除以当时的负载功率与第5栏的损耗功率之和的结果，并非为节省的综合有功功率与电动机额定功率之比。这是一个概念误区，有些用户在计算节电效益时，往往用电动机的额定功率乘以节电率再乘以运行时间来计算节省的电能（kW·h）数，这是错误的。

表1 按最佳调压系数进行调压后节省的电量计算值

电动机负载系数β 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 最佳电压调节系统Kum 0.374 0.53 0.647 0.747 0.833 0.916 节省的有功功率ΔP/kW 24.2 17.0 11.0 6.4 3.0 0.86 节省的无功功率ΔQ/kvar 386.5 300.8 224.8 157.0 97.6 47.2 节省的综合有功功率ΔP＋KqΔQ 47.4 35.05 24.5 15.8 8.86 3.7 U=UN时电机综合损耗功率∑Pc 59.34 62.04 66.53 72.83 80.93 90.82 损耗节电率/％ 79 56.4 36.8 21.7 11 4 综合节电率/％ 21.6 9.17 4.48 2.22 1 0.35 由表1可知，当负载率为β=0.4时，其综合节电率为2.22％，其节省的功率并非为PN×2.22％=35.52kW，而应当为β=0.4时的负载功率PN×0.4加上电动机当U=UN时的功率损耗ΣPN=72.83kW，来乘以综合节电率2.22％，即（1600×0.4＋72.83）×2.22％=15.8kW。有些制造商常在这一问题上误导或欺骗用户，应引起注意。

通过降压对电动机实现软起动的目的，一是减少起动时过大的冲击电流，二是减小全压起动时过大的机械冲击。那么在抽油机上使用降压软起动装置，其效果究竟如何呢？由于电动机的转矩与施加电压的平方成正比，施加电压降低了，电动机的转矩若达不到负载的起动转矩时，电动机是转不起来的。虽然电动机的堵转转矩一般小于额定转矩，但是，当电压降到额定电压的70％时，电动机转矩只有额定转矩的50％，对于起动转矩超过50％额定转矩的负载，是转不起来的。只有当电压升高到电动机的转矩足以克服负载的静转矩时，电动机才能启动。所以，/Y转换起动只适合起动转矩<1/3额定转矩的负载，一般的软起动也只适合起动转矩<50％额定转矩的负载，对于重载起动的负载就降低起动电流来说，软起动器也是无能为力的。

对需重载起动的负载，使用软起动并不能达到减小起动电流的目的，更不能达到节省起动能量的作用；但是，由于软起动器的电压是呈钭坡上升的，虽然在达到起动转矩前电动机并不旋转，但随着电动机轴上扭矩的不断增大，被拖动的负载是慢慢被加力的，所以，用软起动器起动需重载起动的负载时，可以达到减小机械冲击的目的。对于抽油机来讲，使用软起动器，不一定能达到减小冲击电流的目的，但可以达到减小起动时机械冲击的目的，还是有一定作用的。

在某些宣传降压节能产品的文章中，提到在抽油机处于发电状态时，可以通过调整晶闸管的触发角α改善瞬时过电压的问题，事实上也不尽然。当异步电动机由于负载超速而变成异步发电机运行时，是会产生瞬间过电压，使电动机端电压高于供网电压，但由于供电网可以看成是一个无穷大的电源系统，当稳态运行时，电机端电压只是略高于供网电压，以便能量反馈。这时调整晶闸管的触发角α，只能调整电流，即异步发电机的负荷，对于抑制过电压并无效果。

4 无功就地补偿节能型

篇5

[关键词]游梁式抽油机；节能增效；单相运行；措施

中图分类号：TM3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0345-01

前言

目前油田进常用的三相异步电动机，在理想情况下的效率为90%左右，且大多功率因数小于0.4，所配的电动机装机功率较大，而电动机正常运行时都是轻载运行，造成抽油机负载率低，与电动机不匹配，形成“大马拉小车”的生产状况，浪费电力严重。抽油机使用的电动机工作载荷是带冲击的周期变载荷，与按恒定载荷设计制造的通用电动机的工作特征不匹配。通用电动机的机械特征是硬特征，在运行过程中其转速随载荷变化不大，而抽油机的交变载荷增加了电动机的电动损耗，再加上选择的抽油机与实际需要不匹配，降低了整机的地面效率。分析抽油机的用电特征，根据每台抽油机具体的“症结”所在，综合考虑制定出相应的节电措施，实现其经济运行。

1 电动机带动抽油机生产存在问题

1.1 电动机负载低

为保证抽油机的启动要求和在运行时有足够的过载能力，通常所配的电动机装机功率较大，而电动机正常运行时都是轻载运行，造成抽油机负载率低，与电动机不匹配，形成“大马拉小车”的生产状况，使线路、变压器、电动机的功率损耗增大；电动机的运行效率取决于负载率，轻载时电动机的效率很低，当负载增加到一定值时，变化则很小，有实验证明：负载率〈0.4时，效率的变化不大，负载率>0.7时，效率最高。当电动机负荷很低时，电动机仍要从电网吸取较大的无功功率，从而降低了功率因数，这就是目前电机功率因数低的主要原因。

1.2 平衡率低

现场使用的抽油机平衡率低，严重的不平衡造成电力的浪费，造成多数电动机电流变化不均匀，使电动机内耗大大增加，影响整个抽汲系统的效率。

1.3 存在发电现象

现有的节电措施大都是针对电机低负荷率下效率低和功率因数低造成的电能浪费的情况，而抽油机浪费电能的另一个重要原因是抽油机拖动电机发电，有实验证明：目前使用的各种类型的电动机都多少存在这种情况。由于抽油机负载波动很大，在抽油机的正常运转中会出现抽油机减速箱输入轴的运转速度大于电机对它的驱动速度的情况，这时，抽油机就拖动电机发电，其发的电不会完全与电网同步和存在线路损耗，可以肯定电机发的电不能完全被电网利用。在整个电能―机械能―电能的转换过程中能有很大的一部分能量被浪费掉。

2 游梁式抽油机节能特点和应用

常规型游梁式抽油机工作特点是承受交变载荷，悬点运动速度和加速度的变化使载荷极不均匀，工作能耗偏高，不平衡现象普遍存在，地面系统效率偏低，用电多。异向型游梁式抽油机具有峰值扭矩低、所需电动机功率低等特点，运转时平衡效果较好。在相同的情况下，其系统效率比常规型高2.5-4%。前置式游梁抽油机具有平衡效果好、光杆最大载荷小、节能效果好等特点。其缺点是悬点载荷低于额定悬点载荷，造成抽油机资源的浪费，工作时前冲力大，影响机架的稳定性，使它的应用受到制约。现场应用的节能电动机主要有：变级调速、电磁调速电机（滑差电机）、变频调速、高转差率电机、永磁同步电机、双功率电机几种，下面对它们的特性和现场应用情况做一简单陈述。变频调速可以低速轻载启动，抽油机冲次及上下冲程的速比可实现无级调节，可以根据油井井况进行抽空控制，自动调节抽汲参数，有电流保护、过电压保护等作用，但由于价格昂贵和维修不方便等的原因，在现场应用极少。滑差电机可实现无极调速，电机转轴与负载之间为软特征连接，可以平滑启动，但低速时损耗大、效率低，由于应用调速电机的油井多为供液能力差、需实现低冲次运行的油井，此种电机在现场应用不广泛。高转差率电机具有较高的转差率和软的机械特征，较高的堵转转矩和较小的堵转电流，较高的效率、功率因数，适用于转动飞轮转矩较大和不均匀冲击载荷，特别是抽油机用冲击载荷。双功率电机是油田与石油大学合作研究生产的，采用改变绕组的接法来改变电机的极数和输出功率，以便与机械负载的负载特征相匹配，可以简化其变速系统，从而实现节能的目的。永磁电机是一种同步电机，具有体积小、重量轻，结构简单，效率高，功率因数高，运行稳定的特点。特别在抽油机轻载时在一定范围内的效率还要高于额定值的94%，最高可达96%，又可获得任意高的功率因数，最高为0.98左右，还可起到补偿电容器的作用，启动力矩大，过载能力强，从根本上解决了“大马拉小车”的现象，节电效果非常明显。

3 抽油机井节电措施

可以根据每一台抽油机具体的“症结”所在，综合考虑制定出相应的节电措施，实现抽油机的经济运行，下面提几点措施：（1）提高电动机的负载率。电机低负荷率下的效率低和功率因数低是抽油机浪费电能的原因之一，电动机负载率提到7-12%，则系统效率可提高2-4%，当电机负载率低于25%时，应考虑奉还一个低容量级别的电动机。（2）油井参数优化。针对供液不足井泵效低，耗电量大的现状，采取低速电机和变频器手段进行参数优化，达到节电的目的。（3）合理选用抽油机机型，充分发挥抽油机潜力。抽油机的悬点载荷状况是影响抽油机能耗的主要因素，其理想载荷率为80%左右。由于油井井况多变，因此需要经常调节平衡，另外的原因是，平衡度好的抽油机，在稳定生产的情况下，抽油机拖动电动机发电少。（4）选用节能电动机，改造普通电动机。根据现场情况，选择节能电动机，减小机内损耗，提高电动机本身的运行效率，使抽油机与电动机保持良好的功率匹配，提高效率，节约用电。改造现有普通电动机，在电动机机轴处安装一个带蓄能器的离合器，使电动机实现空载启动，降低启动电流，从而减小电动机的装机功率，提高电机的负载率。电动机的星角接线自动变换装置，在轻载时，Y接线运行，负载增大时，改为角接线运行。（5）安装无功补偿装置。单井功率因数补偿柜是在变压器低压侧投加电容，利用无功就地补偿装置产生的容性电流抵消电动机的感性电流，油井安装无功补偿器后，降低了线路的损耗和变压器的铜耗，从而提高功率因数，提高效率，达到节电目的。（6）使用节能减速器。抽油机节能减速器由一个轴承支座和两个大小不同的皮带轮组成，两个皮带轮通过轴和轴承固定在轴承支座上，轴承支座通过底座螺栓固定在抽油机底座上，大皮带轮通过皮带与电机相连接，小皮带轮与抽油机皮带轮连接，通过加大传动比，在电机功率降低的情况下，满足抽油机悬点负荷要求，实现0.5-4.0次达到降低冲次和节电的目的，其具有启动平稳、运行平稳、优化油井参数、降低电耗与成本的特点。

此外，抽油机拖动电动机发点过程很浪费电能，目前还没有对抽油机拖动电动机发点的节能技术进行更深入的研究，以后这方面是一个研究方向，是一个节能增效点，具有广阔的节能前景。

篇6

关键词：变频器；抽油机；节能

中图分类号：TN77文献标识码：A

目前，抽油机是应用最普遍的石油开采机械之一，也是油田耗电大户，其用电量约占油田总用电量的40％，且总体效率很低，据调查一般在30％左右。油田抽油机负载是独具特点的时变负载：有动、静负载特性之分。起动初始状态要求拖动电机的起动力矩是抽油机实际负载的3－4倍，甚至更大，起动力矩是抽油机选配电机的第一要素。当起动力矩适用则负载功率必然匹配不佳，运行负载功率都远小于电机的额定功率，即所谓"大马拉小车"现象。过剩的抽油能力令抽油机的无功抽取时间增加，造成油井开采的电费成本居高不下，能源浪费十分严重。

变频调速器具有低速软启动，转速可以平滑地大范围调节，对电动机保护功能齐全，如短路、过载、过压、欠压及失速等，可有效地保护电机及机械设备，具有运行平稳、可靠，提高功效等诸多优点，是抽油设备改造的理想方案。但是，将变频器用于抽油机拖动时，也有几个问题需要解决，主要是冲击电流问题和再生能量的处理问题，以下加以分析。

1.闭环控制的采样问题

抽油机利用变频器调速，使之动态适应油井负荷的变化，达到节电的目的，必须要加外部传感器，否则无法实现闭环智能控制，只能实现人工定值控制。所采用的传感器的类型，与间抽控制器大体相同，但是在要求上是有差别的。流量检测是最直观、最准确的方法，如果能实现小流量检测并解决防堵问题，应尽量采用流量传感器。光杆载荷传感器也能用来检测井下液量的多少，与间抽控制不同的是，闭环调速控制只要求载荷的变化趋势，不需要标定空抽设定值。光杆的平均载荷大，说明井下液量少，应减速运行，反之则可加速运行。电流控制不可取，因为这里除了配重的影响外，当电机调速时，电流也是随着变化的，因此不能将电流信号用作控制依据。

2、再生能量的处理问题

由于抽油机属位能性负载，尤其当配重不平衡时，在抽油机工作的一个冲程中，会出现电动机处于再生制动工作状态（发电状态），电动机由于位能或惯性，其转速会超过同步速，再生能量通过与变频器逆变桥开关器件（IGBT）并联的续流二极管的整流作用，反馈到直流母线。由于交-直-交变频器的直流母线采用普通二级管整流桥供电，不能向电网回馈电能，所以反馈到直流母线的再生能量只能对滤波电容器充电而使直流母线电压升高，称作"泵升电压"。直流母线电压过高时将会对滤波电容器和功率开关器件构成威胁，为了保护电容器及功率开关器件的安全，所以，变频器都设置了直流母线电压高保护停机功能。

2.1增大变频器直流母线上滤波电容器的容量，将再生能量储存起来，等电动状态时再释放给电动机作功。这种方法对节能有利，但是电容器的储能作用是有限的，在大容量或者负载惯量大的系统中，不可能只靠滤波电容器来限制泵升电压。

2.2采用"放"的办法，可以采用由分流电阻器Rp和开关管S11组成的泵升电压限制电路。也就是将回馈能量消耗在电阻上，这是一种耗能的方法，对节能不利。尤其是在大容量或者大惯量拖动系统中，能量的损失较大。

2.3对于地处北方寒冷地区的抽油机，为了在冬季增加原油的流动性和防止结蜡，而对井口回油管进行电加热，如采用中频加热装置。这时也可将变频器与中频电加热装置共用整流电路及直流母线，这样可将电动机回馈到直流母线上的再生能量用于中频加热器，同时又防止了直流母线电压的泵升。

2.4对于同一井场上有多口油井的场所，可以采用共用直流母线系统方案，即若干台抽油机的变频器可共用一台整流器，将其直流母线联结在一起，利用各变频器的回馈能量不可能在同时发生的原理，将某一台变频器的回馈能量作为其他变频器的动力。这样即节约了能量，又防止了泵升电压的产生。

2.5对于更大功率的系统，为了回馈再生能量，提高效率，可以采用能量回馈装置，将再生能量回馈电网，当然这样一来，系统就更复杂，投资也就更高了。所谓的能量回馈装置，其实就是一台有源逆变器

3.冲击电流问题

游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构，其整机结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。对于支架来说，如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致，那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。在平衡率为100％时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，则需要电动机提供的动力越大。因为抽油载荷是每时每刻都在变化的，而平衡配重不可能和抽油载荷作完全一致的变化，才使得游梁式抽油机的节能技术变得十分复杂。因此，可以说游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术。

据笔者对某油田18口井的调查，有6口井配重偏大，从而造成过大的冲击电流，冲击电流与工作电流之比最大可超过5倍，甚至超过额定电流的3倍！不仅浪费掉大量的电能，而且严重威胁到设备的安全。同时，也给采用变频器调速控制造成很大的困难，一般变频器的容量是按电动机的额定功率来选配的，过大的冲击电流会引起变频器的过载保护，不能正常工作。

通过对抽油机曲柄配重块的调整，可以使冲击电流降到电机额定电流之内，冲击电流与正常工作电流之比在1.5倍以内。这样，选用与电机额定功率同容量的变频器，甚至略小于电机额定功率的变频器（要视抽油机电动机的负载率而定）都可以长期稳定运行。由于抽油机的起动扭矩往往很大，惯性也很大，所以要将变频器的加减速时间设置得足够长，一般为30～50s，才不致在起动时引起过载保护。

4.电磁兼容性问题

这里主要讲电磁干扰（EMI）问题，即变频器对微电脑控制器，传感（变送）器及通信设备的干扰问题。变频器是一个很强的电磁骚扰源，变频器中的开关器件，以及SPWM电压波形，会对控制及通信系统造成很大的干扰。干扰的途径，除了感应、辐射之外，还包括传导干扰，即通过连接导线传导的干扰。在控制系统中，变频器只是一个执行机构，它的运行频率（速度）指令由控制器通过对油井液量等信号的控制运算后给予，变频器就通过控制信号线，给微电脑控制器造成了很大的干扰，以致使控制器无法正常工作。因为是传导性干扰，采用屏蔽线是不解决问题的，要从信号线上的共模及差模干扰入手，采用共模与差模滤波器，才能解决干扰问题。

5.结语

抽油机在油田的使用量大，而负载率普遍偏低，功率因数则更低，电能的无谓浪费严重，节能降耗潜力巨大。变频调速系统，使抽油机动态适应油井负荷变化，也可方便地进行调参。配以流量、载荷等传感器，可实现最经济的控制。同时其软起动性能好，对延长抽油机寿命，减少维护费用有利。能耗基本上与转速成正比，在部分可以降速的场合可以节能。因此，应通过加大科研开发和应用力度，提高油田管理水平，提高油田技术人员和工人的文化素质，使变频控制技术广泛应用在我国各大油田抽油生产中，使我国在抽油机变频控制技术方面继续保持世界领先地位.

参考文献

[1]张晓玲，于海迎.抽油机的节能技术及其发展趋势[J]，石油和化工节能，2007，2

篇7

主题词：节能抽油机；PLC控制；变频控制；无游梁抽油机

在采油成本中，抽油机电费占采油成本的30%左右，年耗电量占油田总耗电量的20%～30%，处油田电耗的第2位，仅次于注水。抽油机抽油系统总效率在国内一般地区评价只有12%～23%，先进地区也不到30%，降低抽油系统高能耗问题显得尤为迫切。本控制系统以高效永磁同步电机为对象，加之合理的控制方案满足油田生产节能降耗的需求。

一、系统方案

本系统抽油机为无游梁塔架立式直驱抽油机，其控制系统采用变频器节能技术，以西门子PLC控制器S7-1200作为主控单元，控制ABB变频器ASCM1-04AS-031A-4直接驱动永磁同步电机加速、减速、正转、反转，将电机的旋转运动转化为抽油杆的直线运动，实现抽油杆连续可控地上下往复运动，完成产液所需的抽油过程。同时，利用GPRS无线模块实现与油田监控中心的数据通信，满足现代油田信息化、数字化需求。

1.PLC系统

PLC系统是整套控制逻核心，包括PLC控制器、行程开关、数字电压表、数字电流表、按钮、指示灯等。PLC控制器选用西门子S7-1200小型可编程控制器，该系列控制器具有集成PROFINET接口、强大的集成工艺功能和灵活的可扩展等特点。S7-1200 CPU将微处理器、集成电源、输入和输出电路、内置PROFINET、高速运动控制I/O以及板载模拟量输入集成于一体，带有多达6个高速计数器，3个100kHz，3个30kHz，为用户指令和数据提供高达50KB的共用工作内存，同时还提供2MB的集成装载内存和2KB的掉点保存内存。

PLC系统通过检测自动/手动旋钮信号，进入自动和点动控制模式。自动模式下PLC控制系统依据用户设定冲程、上行下行速度、加速减速时间，实时计算电机转速及当前位置，通过PROFIBUS总线向变频器发送速度控制目标值及方向，从而实现电机的提前加速减速及换向。点动模式下PLC控制系统按照用户设定速度，控制变频器速度值及方向，实现抽油杆单方向运行。

PLC控制器通过模拟量输入接口与数字电压电流表相连，实时监测供电系统电压、电流状况。上下极限开关、急停开关作为数字量信号连接到PLC控制器数字量输入端。

操作显示面板选用西门子KP600 PN 5.7寸按键式触摸屏，它通过内置的PROFINET总线接口与PLC控制器进行数据通讯，利用西门子组态功能开发了抽油机控制系统人际交互界面，包括设定冲程、上下行速度，显示实时冲程、冲次等参数的基本运行参数界面；查看变频器当前输出参数的系统运行状态界面；以及包含记录故障代码、故障内容的异常报警记录界面等。

PLC系统中PLC控制器通过扩展的RS232通讯模块与GPRS（433M或Zigbee）无线模块相连，借助无线模块抽油机控制系统能够将当前系统运行状态参数、故障报警信息实时发送到监控中心或工作人员手机上，同时监控中心也可以远程修改冲程、冲次设定值，及远程启停抽油机。

2.变频器

电机驱动部分选用ABB公司ACSM1-04AS-031A-4高性能变频器，ACSM1系列变频器功率范围0.75kW至160kW，采用DTC（直接转矩控制）控制技术，提供了高性能的速度控制、转矩控制和运动控制，支持有反馈或无反馈开环方式的异步及同步电机。该系列变频器适用于本方案中闭环方式下同步电机的速度控制方式。通过外扩PROFIBS总线通讯模块FPBA-01，实现与PLC控制器之间的总线数据通讯，传输实时转速、频率、电流、转矩百分数、编码器转速和直流母线电压，及I/O状态，报警和故障代码等变频器实时参数信息。

上下换向、极限开关同时接入到变频器数字量输入端。自动运行模式下，系统以无限逼近的方式在上下换向开关间按设定冲程自动运行，当位移算法计算所得当前位置累计误差超出门限值时，碰触换向开关，变频器检测到该信号后立即减速。PLC控制器利用PROFINBUS总线检测到换向开关对应的I/O状态变化，启动电机反转运行，同时更新位移算法起始点。

二、软件方案设计

PLC控制器和变频器承担了整套系统的逻辑控制功能，其中PLC程序又是整套控制系统的逻辑控制功能实现的核心，该程序的优劣决定着整套控制系统的性能及安全。PLC程序采用模块化编程，结构清晰，便于调试及维护。PLC主程序流程图如图3所示。PLC主程序完成正常情况下工作模式判断处理，依据不同数字量输入完成启动、停止、点动等动作处理过程，同时针对不同的故障和报警类别进入相应处理模块。

上电初始化模块完成对系统程序、参数的初始化，及显示模块配置参数导入等内容。

状态自检模块用于实时检测各按键和触摸屏动作、当前系统总线上报的故障报警状态，依据状态自检结果，进入相应的模块处理流程。

参数设定模块是依据现场人际交互界面所修改内容更新系统参数、保存新设定值等。点动运行模块完成上行、下行按钮按住时，变频器输出、松闸，实现点动上行、下行，在按钮松开后，控制零速保持和抱闸制动。

自动运行模块依据当前系统所处的启停状态和新启停控制命令进到正常运行处理程序，完成当前位置判断，对电机转速、方向进行连续自动控制。

故障和报警处理模块根据异常类别进到相应的处理程序，处理程序中包含面板报警显示和处理意见、GPRS无线报警、电机制动、零速保持等。

PLC通过PROFIBUS总线向变频器下发启停控制字和转速设定值报文，变频器进入相应的启动和停机处理程序。当收到上下行换向开关输入时，电机停机减速，变频器进入换向处理程序，并通过总线非周期向PLC发送换向报文。变频器同步检测极限和急停信号，及时进入相应处理程序。

三、结束语

基于PLC与变频器的节能式抽油机控制系统选用应用广泛的变频节能技术，采用以PLC控制系统为核心，控制变频器加速、减速、正反转，将电机旋转运动转化为悬点上下往复运动，结构简单，传动效率高。电机正反转直驱方式，实现了上下冲次单独连续可调，能够满足老井、稠油井上慢下快的汲取方式，结合系统远程监控功能，可以开展人工或智能化间抽远程控制，最大程度上达到节能降耗的目的。

参考文献：

[1]游梁式抽油机节能控制技术[M]，孙正贵，2008.3，中国石油大学出版社

篇8

[关键词]抽油机 下偏杠铃 节能技术

中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0265-01

1 下偏杠铃游梁复合平衡节能技术结构组成

萨北开发区在用生产设备主要是游梁式抽油机，约占机采设备的72.57%，游梁式抽油机用电量占机采井总耗电量的57%。

为了解决常规抽油机存在的问题，研制了下偏杠铃游梁复合平衡技术来改进常规抽油机，达到节能降耗和延长使用寿命的目的。

1.1 技术现状

下偏是指杠铃的质量中心G与过游梁的回转中心O的连线与游梁中心水平线下偏一个角度；杠铃是指偏置平衡配重装置状如“杠铃”。下偏杠铃游梁复合平衡抽油机结构有内插式和后翘式2种。内插式下偏杠铃装置运行在减速器之上、支架、两连杆之间、小横梁之下的有效空间。由于没有增加新的空间，因此，具有结构紧凑的特点；后翘式下偏杠铃装置，利用减速器和底座之间的有效空间，具有平衡力矩大的特点，其余结构与常规游梁抽油机相同。

1.2 内插式下偏杠铃节能装置结构

内插式下偏杠铃节能装置由连接法兰、杠铃平衡体以及22千瓦小功率电机三大部分组成（见图1）。

1.2.1 连接法兰

把杠铃配重体与抽油机尾部连接在一起，起连接作用。该法兰与抽油机尾部通过焊接连接成一个整体；与杠铃配重体通过法兰上的12个螺母连接。

1.2.2 杠铃体配重

杠铃体配重由支架和杠铃体组成。如果杠铃片六片完全加上，形成的平衡重可达1.5×103 kg 。由于充分利用了减速器之上、支架、两连杆之间、小横梁之下的有效空间，结构十分紧凑。另外，杠铃片还可以根据平衡情况进行添加或减少，使平衡达到最佳状况。

1.2.3小功率电机

小功率电机采用功率较小电机，达到节能降耗作用，但如果电机功率过小，与所需设备不匹配，起到小马拉大车的生产现象，达不到预期效果。

2 技术原理

2.1 常规抽油机平衡原理及其缺点分析

常规抽油机在一个冲程内承受的是交变载荷，因此加在电动机的负荷上下冲程是不均匀的。如果考虑动载荷（振动载荷、惯性载荷）的影响，这种不均匀性更加明显、加剧。为了减少这种载荷的不均匀性，在抽油机上普遍加装平衡装置。这种平衡方式中，一方面平衡重在曲柄轴上所产生的平衡扭矩，随曲柄的转动而按正弦规律变化；另一方面，受其实际结构制约，曲柄不可能无限短，连杆也不可能无限长，致使在这种抽油机中悬点载荷作用到曲柄轴上的载荷扭矩Mwn并不按正弦规律变化，加上动载荷的影响，使这种“偏离”越发加剧。因此，在常规抽油机中，这种曲柄平衡扭矩Mr，并不能与抽油机的载荷扭矩Mwn很好地平衡。悬点载荷作用到减速箱输出轴的扭矩峰值不可能与曲柄平衡块产生的扭矩正弦曲线峰值相吻合，悬点载荷的扭矩峰值偏离了90°，使抽油机在一个工作循环中曲柄轴输出净扭矩Mn仍有较大的波动。从能耗角度讲，净扭矩波动大势必加大功率而增大能耗；从动力角度讲，为了保证抽油机的正常运转，峰值扭矩高，势必要选用较大的电动机，这种大电机、大峰值电流的配套方案，必将导致电机自身损耗和电路损耗的增加。同时，由于电动机工作在大马拉小车的低功率因数状态，还会使电网的供电质量变差。

2.2 改造后平衡状况及节电原理分析

2.2.1 改善了平衡状况

从三个典型位置（上死点、下死点、水平点）来看：悬点在下死点时，因加载悬点载荷较大，其下偏杠铃的平衡力臂也较大，下偏杠铃产生的平衡扭矩也最大，与载荷扭矩方向相反，在游梁上进行第一次平衡，削去载荷峰值扭矩（二者均对游梁中座O取矩）使第一次平衡后载荷作用到曲柄输出轴的扭矩TWN不致于过大，并使其峰值接近90°；在上死点时，因卸载悬点载荷较小，其下偏杠铃产生的力矩因平衡力臂K值的变小而减少。从而使载荷扭矩随曲柄轴转角变化而变化的规律尽可能与正弦规律相接近，达到加强抽油机的平衡效果，降低其曲柄轴输出净扭矩的峰值，减小其谷值，消除负扭矩，以降低其能耗的目的。

2.2.2 改善了受力状况，延长了使用寿命

一是因游梁上加装了下偏杠铃，平衡条件得以改善，抽油机四连杆拉力将大幅度下降，也就是说，抽油机尾轴承座、连杆、曲柄销总成、曲柄上的力将大幅度下降；同时，减速器和电机的扭矩也将大幅度下降。二是因游梁上加装了下偏杠铃，抽油机动力臂（后臂）变长，游梁中央轴承座上所受的铅垂力将下降。

总之，常规抽油机上加装了下偏杠铃，抽油机上活动关节、中央轴承座、尾轴承座和曲柄销总成受力减小了，延长了四连杆机构、电机以及减速箱的使用寿命。

2.2.3 降低了能耗

从扭矩曲线上可以看出（见图2），由于增加了下偏杠玲装置，与常规扭矩曲线相比，多了一条复合平衡扭矩曲线MQ与原净扭矩Mn 相叠加形成新的净扭矩Mn，，该净扭矩曲线显然比常规机更平缓，更小，几乎没有负值出现。又由于均方根扭矩Me（，Me ―均方根扭矩；Mn ―净扭矩；θ―曲柄转角）跟净扭矩成正比，而电机消耗功率（，P―消耗功率；n ―电机实际转速）跟均方根扭矩Me成正比，因此，下偏杠铃装置使抽油机净扭矩减小，从而达到了节能降耗的目的。

2.3 试验效果

通过对20口井抽油机下偏杠铃改造，经过现场测试，平均综合节电率为14.83%，日平均单井节电31kwh，平均单井提高系统效率5.05%。

3认识及结论

3.1用下偏杠铃游梁复合平衡技术改造常规抽油机后，改善了受力状况，具有节能效果，一种抽油机节能改造有效的技术手段之一。

3.2该技术在尾部加装复合平衡重，改善了平衡状况和受力状况，使抽油机运行更加平稳，可以有效的延长抽油机的使用寿命。

3.3从单井效果表可以看出，虽然该技术平均单井节电效果达14.83%，但是，由于井况的不同，各单井的节电效果差别较大，这主要由该井负载状况和节能潜力状况决定，已经没有潜力的井效果相对要差一些。因此，在现场运用过程中，要针对不同的井况来实施。

篇9

关键词：抽油机　平衡率　节能

CYJY14-4.8-73HF型抽油机，以皮实耐用、冲程大、耗电少等优势，在中原油田得到了广泛应用。中原油田采油三厂抽油机不平衡现象严重，由于部分井负荷过大，采用4块1.3吨平衡块调整到曲柄端部仍然无法平衡，个别抽油机甚至采用6块平衡块仍然不平衡，造成抽油机平衡度达标率只有不到70%，这种现象不仅造成能源浪费，而且抽油机在不平衡状态下运行，严重影响了抽油机寿命。

为解决上述问题，通过对目前抽油机运行现状的研究、分析，决定对我厂严重欠平衡的常规游梁式抽油机井进行改造，在CYJY14-4.8-73HF型抽油机的基础上，增加3.5t游梁后配重质量，改善游梁平衡效果，减少电量损耗，克服制造繁杂、安装困难等缺点，从而达到节能目的。

改造后的新型CYJY14-4.8-73HF/B异相游梁抽油机后配重节能改造采用挂式连接，结构简单、可靠性好、维修方便、性能可靠，能够有效提高抽油机的平衡效果，从而实现节能和延长抽油机使用寿命的目的，同时保证了后配重在抽油机运转时的稳定性。

一、施工方案

自2012年5月份开始，我厂先后在卫75-19井等115口严重欠平衡油井进行了后配重节能改造，到目前为止所取得各项经济技术指标如下：

1.改善抽油机平衡效率、提高装配效率，削减安全风险，使得平衡率在85%-110%之间。平衡度平均每口井增加14% ― 20%以上。

2.应用悬挂后配重后，单井上行最大电流降低9.3A，平均每口井电流降低8.5A，综合节电率24%，115口井日均节约电量9936kWh左右。

3.间接效益：

3.1互换性：在CYJY14-4.8-73HF型抽油机上增加质量为3.5t - 4t悬挂式游梁后配重，在每一台改造好的抽油机上能够互换。

3.2运转平稳性：可平稳可靠地悬挂在游梁尾部，使得后配重在抽油机运转时不前后摆动，保证了抽油机运转的平稳性。

3.3延长减速箱使用寿命：实现平衡扭矩从减速箱到游梁的转移，减轻减速箱的负载，有利于延长减速箱的使用寿命。

3.4电动机运转电流峰值降低，有利于延长电机使用寿命。

二、投资额及主要工作量

改造115台抽油机后配重，单价3.98万元/台。合计项目投入457.7万元。

三、后配重改造结构

新式后配重结构与老式CYJY14-4.8-73HF/B型后配重相比，前者为焊接、铆接结构，后者只为焊接结构，其结构对比见图1和图2。

由图中可以看出，老式后配重箱体结构复杂，需剪切大量筋板、方板，并且需钻床配合，进行焊接、铆接工作。改进后的后配重，结构单一，只需用滚板机滚出圆筒，再气割出连接板进行组对焊接即可。两种后配重与游梁的连接方式见图3和图4。

老式后配重与游梁之间采用连接板连接，用4个销子定位。现后配重采用圆钢挂于游梁上翼板上，内侧用角钢靠在游梁尾部，利用后配重自重进行自锁定位。

老式后配重装配时，需装配人员到游梁尾部进行插销工作，而新式后配重装配时，直接利用吊车把配重挂于游梁挡板处即可。安装省时省力，提高了装配效率，削减了安全风险。

四、节能后配重节能原理

该技术采用了偏置变矩技术原理，在抽油机运转过程中，抽油机后配重始终有一相对于支架轴座中心的向心力，从而产生一相对于后配重挂于游梁上翼板轴的逆时针转矩，紧靠于游梁尾部，游梁尾部的新式配重（图2），将曲柄平衡机构与偏置变矩机构有机地结合在一起，产生复合平衡。

另外，由于平衡重受力点由减速器输出轴向游梁转移，减轻了减速器的直接负荷，加上复合平衡效果，使减速器及电机的运行更加平稳，因而提高了皮带――减速器系统的传动效率，从而改善了电动机的负荷状况及降低电耗。

五、应用情况

2012年5月份开始，我们通过对全厂平衡率低的游梁式抽油机油井进行全面调查，确定了符合改造条件的115口井进行改造。

1.年节能能力

例如卫四区卫75-6井改造前日耗电392kWh，改造后日耗电331kWh，日节电61 kWh，卫75-21井改造前日耗电399kWh，改造后日耗电288kWh，日节电111 kWh，卫77-19井改造前日耗电328kWh，改造后日耗电305kWh，日节电23 kWh，综合节约电量如下：

单井平均日节约电量65kWh，全年按运行12个月360天计算，115口井日节电7475 kWh，年节电269.1×104 kWh，折算为330.7吨标煤。

2.截至2012年年底累计节能量

2012年累计节电92.56万kWh ；全年已节约113.8吨标煤

经济效益

项目投入：

改造1台悬挂后配重需投资3.98万元，改造115台共投入457.7万元

项目产出：

年节约用电269.1万kWh，节约成本0.73元/kWh（我厂综合平均电价）×269.1万kWh=196.4万元

该项目年可创效：

投资回收期：

年投入产出比= 457.7 : 196.4 =1：2.33，应用2.33年即可收回投资

2012年已累计创效 67.6万元

篇10

[关键词]变频柜 节能降耗 电机 生产参数

中图分类号：TE933 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0269-01

1、前言

随着变频技术的发展快速发展，在孤岛采油厂得到了广泛的应用。变频柜技术的原理是结合信息技术、模糊控制技术、计算机技术、变频调速技术、传感器技术等现代高新技术，使抽油机生产能耗得到有效的控制。同时，利用变频调速技术，通过传感器技术实现模糊控制，可使机抽油机保持在最佳状态下生产，有效杜绝了设备的空耗和低效，达到节能降耗的目的。

2、抽油机配套变频柜工作原理

2.1 工作原理

抽油机变频柜中处理再生电能的方法有制动电阻、吸收电容、回馈制动等，其中较为先进的方法是利用回馈制动的方式将这部分电能回馈电网。抽油机能量回馈智能变频控制柜，在电动机驱动抽油机的状态时由主变频器从电网吸收电能，而在油井释放能量状态时由回馈变频器将这部分能量变成与电网电压同步同相位的正弦波经过滤波后回馈电网，利用变频控制柜+永磁电机配合使用，进行节能改造经实践证明效果非常明显，节电率高达30%～60%。

2.2 增油降耗效果明显

动态节能装置通过输入正常频率、最小载荷、最高频率、最低频率，能够根据实时采集载荷及示功图进行分析处理。在一个冲程内采集的载荷大于最小载荷，抽油机按正常频率运行，如果采集的载荷小于最小载荷，变频柜将在最高频率和最低频率之间分成多段运行。对于上下不平衡油井，控制抽油机按不同的频率运行，达到上.陕、下慢的方式运行，减少空抽，提高泵效，从而实现节电增产的目的。

2.3 配套电机节能原理

如果电动机运行在额定负荷或额定负荷附近，则电动机属于经济运行。但实际上，“大马拉小车”的现场十分常见。因此，电动机节能是不容忽视的重要问题。电动机运行效率取决于电动机负荷率，国家标准GBl249～1995规定，Y2系列（IP44）37kw/6极电动机的负荷率应大于0.40：22kw 6极电动机的负荷率应大于0.46，此时电动机为经济运行。对于不同功率的Y系列电动机，效率下降点也不同。一般情况下，效率和功率因数随负荷率变化的曲线如图所示。把效率将要快速下降点q所对应的负荷率称为临界负荷率β。当负荷率β>βa时，效率的变化不大，这是由于电动机的可变损耗和不变损耗的对比关系所决定的，当负荷率β（0.70时，功率因素下降很快。功率因素的低下不但使电动机本身能耗有所增加，而且给电网造成了附加损耗，降低了电网容量和变压器设备的利用率。

应用实践证明，只要负荷率β不低于βa，“大马拉小车”的影响主要是降低功率因数。对于一般负荷下，节电的关键是提高负荷率。如果将负荷率提高到O.70-0.80可以说是最佳运行区间。就是说，一般工作在β=0.70以上，功率因数就比较高。

3、抽油机常规电动机运行特点

常规游梁式抽油机约占机采井总数的75%。它工作时承受带冲击性的周期交变负荷，如图2a所示。这一负荷特性要求驱动电动机在选择容量时留有足够的裕度，以保证带载启动时能克服抽油机较大的惯性矩，满足启动要求；在运行时有足够的过载能力，以克服交变载荷的最大扭矩。因此，电动机容量选择就过大，负荷匹配不合理，大多数情况下电动机处于轻载状态，负荷率一般为O.25。

游梁式抽油机节能应包括两个方面：（1）从电动机本身考虑，就是提高电动机效率和负荷率，从而提高运行效率和功率因数。提高电动机效率的潜力不大，能提高几个百分点就很不容易而且是以提高电动机成本为代价的。因此，如果负荷率高于临界负荷率，只要并上适当的补偿电容器就达到节能的目的。（2）从系统考虑，就是改变电动机的机械特性，使机、杆、泵整个系统达到较好的配合，提高系统效率。两者比较，后者的节能潜力比前者大得多。因此，后者应该是游梁式抽油机用电动机节能的主要研究方向。

4、孤岛采油厂电动机节能情况

近年来，孤岛采油厂工程技术人员在抽油机用电动机节能方面做了大量的研究工作，为采油厂的节能做出了很大贡献。

目前孤岛采油厂电动机节能主要分为三方面：（1）人为地改变电动机的机械特性以实现负荷特性的柔性配合，从而提高系统效率，实现节能。这种方法主要是改变电源频率。（2）从设计上改变电动机的机械特性（如高转差电动机和超高转差电动机），从而改善电动机与抽油机的配合，提高系统运行效率，达到节能。（3）通过提高电动机的负荷率、功率因数，实现节能。下面对油田普遍使用和正在试验的几种电动机进行分析。

4.1 变频调速电动机

变频调速是一项成熟的节能技术，抽油机有两种工作状态：（1）电动机驱动机械设备运动抽油机从电网吸收电能。（2）释放能量（机械势能，井下负压，平衡块势能等原因），由机械设备带动电动机运动，是一个发电的过程。就是说，抽油机在相当长一段时间内，要把势能变为电能回馈电网。在不使用变频器时，这个电能是直接回馈电网的，并没有在本地设备上消耗掉。综合表现为拍油机供电系统功率因数较低。但是在使用变频器时，情况发生了变化。普通变频器的输入是二极管整流，能量不可反方向流动。

4.2 稀土永磁同步电动机

上世纪90代初，大庆石油学院和西安石油学院对稀土永磁同步电动机进行了研制和现场试验，收到了较好效果。这种电动机的转子由磁钢、稀土材料和启动鼠笼组成。转子损耗比普通异步电动机小得多，因此电动机本身的效率比普通Y系列电动机高约5%，功率因数达到0.9，其额定运行时机械特性比Y系列电动机还硬，因此不能改善机、杆、泵系统配合，起不到系统节能的作用。

4.3 绕线式异步电动机

游梁式抽油机用电动机节能是一个非常复杂的问题，选择方案时要考虑电动机效率、功率因数、系统增效、成本投入、可靠性及现场管理等问题。系统增效是指机、杆、泵整个系统效率提高的潜力：损失效率是指节能系统本身的损耗：启动性能是指电动机启动电流小，启动转矩大为好。