游梁式抽油机结构（游梁式抽油机的工作原理及节能改造的应用）

前言：

中国的油田大部分是低渗透、低能、低产油田，不像中东的油田，自流能力很强。大多数油田依靠注水将石油压入井中，然后依靠抽油机从地层中提取石油。这是中国的现实美国油田用水电换石油，而电费在中国占很大比重美国的石油开采成本。因此，石油行业非常重视节约电能。

在中国在美国的石油开采中，机械采油井占绝大多数，其中有杆采油(有杆抽油井)占机械采油总量的90%以上。全国70%以上美国的石油生产依赖于杆式抽油机。其能耗已占油田能耗的三分之一。全国每年用电量约为42亿元人民币。由于每个油田每年将有数千口新井投产，加上原有设备的更新，每年将增加数千台抽油机。抽油机在我国石油开采中发挥着重要作用。

目前，在油田使用的抽油设备中，游梁式抽油机最常见，数量最多。2003年，胜利油田某采油厂用变频器改造抽油机，抽油泵效率明显提高，日均增油2吨，节电率30%以上。下面简单介绍一下节能改造的原理和操作方案。

游梁式抽油机工作原理

它的作用原理是交流电机匀速运转，拖动油泵沿重力方向往复运动，从而将地下数百米至数千米的原油抽至地面。对其负荷特性的分析表明，其惯性较大，不同油井的粘度差别很大。当油的粘度较大时，泵的效率变低，往往难以启动。载荷也是周期性载荷，上升行程载荷和下降行程载荷性质不同，下降行程具有潜在载荷性质。为了适应这些复杂的工况，抽油机的配置及其实际工况只能是大马拉大车。游梁式抽油机反复上下运动，一次冲程举升一次，其动力来自电机驱动的两个相当重的钢制滑块。当滑块升起时，它们就像杠杆一样，将抽油杆送入井中；当滑块下降时，抽油杆将油带到井口。由于电机以一定速度旋转，滑块下降过程中负载减小，电机拖动产生的能量无法被负载吸收，势必会寻找到消耗能量的通道，导致电机进入再生发电状态，将多余的能量反馈到电网中，造成主电路母线电压升高，必然会冲击整个电网，造成供电质量下降、功率因数降低的危险。频繁的高压冲击会损坏电机，导致生产效率降低，维护量增加，对泵送设备的节能降耗极为不利，给企业造成很大的经济损失。游梁式抽油机采用两个优质钢滑块，导致抽油机启动冲击大等诸多问题。

除了上述两个问题，油田采油的特殊地理环境决定了采油设备有其独特的作业特点：在油井开采初期，储油量大，供液充足。为了提高效率，采油设备可以高频运转，保证高产油；中后期由于石油储量减少，容易造成供液不足。如果电机仍然以工频运行，必然会浪费电能，造成不必要的损失。这时候就要考虑实际工作情况，适当降低电机转速，减少冲程，有效提高填充率。

目前，游梁式抽油机的交流变频调速技术改造有以下两个优点：

(1)提高

(2)节能。一方面，为了克服较大的启动转矩，油田抽油机所用的电动机远远大于实际所需的功率。工作时，电动机的利用率一般为20% ~ 30%，最高不会超过50%。电动机经常处于轻载状态，造成资源浪费。另一方面，抽油机工况的不断变化取决于井下状态，如果一直在工频运行，也会造成电能的浪费。为了节约能源，提高电机的工作效率，有必要进行变频改造。

节能改造实施方案

(1)简单减速法：直接安装变频器并降低电机运行频率，降低电机转速，增加每个冲程的时间，达到节能效果。在实际应用中可以达到15%-30%的节电效果。

(2)改变冲程方式：根据测得的井况和油水比，在每个冲程中设定不同的下降和上升频率，随时调整电机转速，使抽油杆缓慢下降，快速上升，既达到节电的效果，又能有效调整油水比，增加产量。实践中，对近40台改造后的游梁式抽油机的现场测量表明，与工频运行相比，平均节电38%。如果增加石油产量，综合效益将非常可观。

实际应用中容易出现的问题及解决方法

在实际应用中存在很多问题，主要集中在游梁式抽油机在发电状态下产生的能量的处理上。对于上面提到的第一种情况，使用变频器加能耗制动单元更方便，这是以多耗电为代价的，主要是产生的能量无法反馈到电网。不使用变频器，电机处于电动状态时，从电网吸收电能；当电机处于发电状态时，它释放能量，电能直接反馈到电网，但并不消耗在本地设备上。综合表现为抽油机供电系统功率因数低，对电网质量影响较大。然而，当使用普通变频器时，情况发生了变化。普通变频器的输入是二极管整流，能量不能反方向流动。这部分电能没有回流到电网中，所以必须通过电阻就地消耗，这就是必须使用能耗制动单元的原因。

使用环境对变频调速系统的影响不容忽视。大多数变频调速系统安装在油田抽油机附近。降雨、结露、潮湿、冰冻、灰尘、昆虫、小动物都会对变频器造成严重的损坏，同时还需要防盗。这些情况在安装之初就应该完全解决。目前现场的方法大多是双层防水防尘配电柜来解决上述问题。这样可以基本解决野外作业对环境的影响，但同时造成散热不好的问题。为了保证正常工作，需要充分考虑变频器容量的选择。

电网的质量对变频器也有很大的影响。游梁式抽油机供电线路较远，电网易波动。很多对电网稳定性要求很高的变频器，往往都有过压或欠压保护。由于变频器具有适应电网波动较大的场合的特点，所以自应用以来，虽然电网波动较大(310V――430V)，但仍能正常运行。

室外安装和防雷也是重要的方面。安装时注意设置防雷装置。

结论：变频技术具有节约能源、提高工艺水平、方便构建自动控制系统等优点，已广泛应用于各行业。应用变频调速是企业提高工艺水平的重要途径