一、游梁式抽油機(jī)概述

目前，陜北、甘肅，寧夏，新疆和華北等地區(qū)，油田采用的抽油機(jī)設(shè)備中，一部分為游梁式抽油機(jī)，數(shù)量也比較多。游梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)為反復(fù)的上下提升，一個(gè)沖程提升一次，其動(dòng)力來(lái)自電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的兩個(gè)質(zhì)量很大的鋼質(zhì)滑塊，當(dāng)滑塊提升時(shí)，類(lèi)使于杠桿的作用，將采油機(jī)桿入井中，滑塊下降時(shí)，采油桿提出帶油至井口，當(dāng)負(fù)荷不平衡時(shí)，在滑塊下降時(shí)，電機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生再生能量，再生能量反饋到到變頻器的直流側(cè)，引起主回路直流母線電壓升高，這樣危機(jī)變頻器的安全，既不利于設(shè)備的安全運(yùn)行。另一方面，游梁式抽油機(jī)引入兩個(gè)大質(zhì)量的鋼質(zhì)滑塊，導(dǎo)致抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)沖擊電流很大等問(wèn)題。另外，油田的特殊地理環(huán)境，決定采油機(jī)自身運(yùn)行的特點(diǎn)，在油井開(kāi)采前期儲(chǔ)油量大，供液足，為提高工效可采用工頻運(yùn)行，保證較高的產(chǎn)量；在中后期，由于儲(chǔ)油量減少，已造成供液不足，電機(jī)仍工頻運(yùn)行，造成電能的浪費(fèi)，這時(shí)應(yīng)該考慮實(shí)際工作情況，適當(dāng)降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，減少?zèng)_擊，有效提高效率，為了解決上述問(wèn)題，可將變頻技術(shù)引入到游梁式抽油機(jī)控制中去。根據(jù)電機(jī)理論，其轉(zhuǎn)速公式為n=60f(1-s)/p;其中n為電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，f為電源頻率，s為轉(zhuǎn)差率，p為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。從公式可以看出，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率成正比，根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電流的大小確定電動(dòng)機(jī)的工作頻率，這樣根據(jù)井況的變化，方便調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程，達(dá)到節(jié)能和提高電網(wǎng)功率因數(shù)的目的。

二、變頻器的選型及注意事項(xiàng)

考慮到抽油機(jī)慣性力矩比較大，選擇V/F通用變頻器功率要比電機(jī)的實(shí)際功率放大一擋，也可以選擇啟動(dòng)力矩較好的矢量控制變頻器。只要變頻器的額定電流大于電機(jī)的實(shí)際電流就行。另外，抽油機(jī)在工作過(guò)程中有再生能量產(chǎn)生，變頻器容易出現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)，每臺(tái)變頻器應(yīng)配相備適應(yīng)的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，能量消耗在制動(dòng)電阻上，為了利用這些能量可以采用高品質(zhì)能量反饋裝置反饋到電網(wǎng)中，但是保證對(duì)電網(wǎng)的污染很小。由于油田地理環(huán)境比較惡劣，變頻器在室外安裝，注意防雨，防塵，夏季溫度高，注意通風(fēng)散熱，室外容易打雷閃電，所以必須加裝防雷電擊保護(hù)裝置。

三．抽油機(jī)負(fù)載分析 1. 國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的是游梁式豎井抽油機(jī)，它有三部分組成： 1) 地面部分：由電動(dòng)機(jī)、減速器和四連桿構(gòu)成； 2) 井下部分：抽油泵（吸入閥、泵筒、柱塞和排油閥），它懸掛在套管中的下端； 3) 抽油桿柱：連接地面抽油機(jī)和井下抽油泵的中間部分。           2. 抽油機(jī)的電機(jī)負(fù)荷是按周期變化的，開(kāi)始起動(dòng)時(shí)，負(fù)荷很大，要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩很大。正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率很低，一般在20%左右，高時(shí)負(fù)荷率只有30%。電機(jī)的負(fù)荷曲線有2個(gè)峰值，分別為抽油機(jī)上、下沖程的“死點(diǎn)”。     抽油機(jī)在未進(jìn)行平衡的條件下，上、下沖程的負(fù)載極度不均衡，在上沖程時(shí)，需要提起抽油桿柱和液柱，電機(jī)需付出很大能量。在下沖程時(shí)，抽油桿柱對(duì)電機(jī)作功，使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。通常在抽油機(jī)的曲柄上加上平衡塊，消除上下沖程負(fù)載不平衡度。平衡塊調(diào)節(jié)較好，其發(fā)電狀態(tài)的時(shí)間和產(chǎn)生的能量就小，由于抽油載荷是每時(shí)每刻在變化，平衡配重，不可能隨抽油負(fù)荷作完全一致的變化，絕大部分抽油機(jī)配重嚴(yán)重不平衡，從而造成過(guò)大的沖擊電流，沖擊電流最大可是5倍的工作電流，甚至達(dá)到額定電流的3倍。調(diào)整好平衡配重，可降低沖擊電流是正常工作電流的1.5倍。     抽油機(jī)的負(fù)載特性：是恒速運(yùn)行，由于配重，是變轉(zhuǎn)矩，變功率負(fù)載在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)有兩次發(fā)電狀態(tài)，起動(dòng)力矩大、慣性大。在國(guó)內(nèi)油田使用的抽油機(jī)普遍存在的問(wèn)題：運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，“大馬拉小車(chē)”，效率低，耗能大，沖程和沖次調(diào)節(jié)不方便，有時(shí)空抽現(xiàn)象。

四．傳統(tǒng)抽油機(jī)變頻器改造的難點(diǎn)     國(guó)內(nèi)對(duì)抽油機(jī)變頻節(jié)能改造做了大量的嘗試，但都不太成功，主要問(wèn)題是： 1) 抽油機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中，有兩次發(fā)電狀態(tài)，尤其當(dāng)配重不平衡時(shí)，產(chǎn)生的“泵升電壓”很高，靠加大變頻器直流側(cè)電解電容和減小制動(dòng)電阻值，不能完全解決問(wèn)題，并且隨著油層的變化，“泵升電壓”也在變化。 2) 抽油機(jī)起動(dòng)需要較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，如變頻器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，易造成過(guò)流或不能起動(dòng)。 3) 以往的變頻節(jié)能改造設(shè)計(jì)方案很少考慮油井的油面、油濃度的變化等情況。在提高產(chǎn)量方面，效果不佳。

五．解決方案     針對(duì)當(dāng)前抽油機(jī)變頻改造存在的問(wèn)題，我公司司提出以下解決方案： 1) 采用變頻調(diào)速技術(shù)，使電機(jī)轉(zhuǎn)速與抽油機(jī)負(fù)載匹配。在前期井中由于剛開(kāi)采，油量大，讓變頻器運(yùn)行到65HZ，電機(jī)轉(zhuǎn)速提高30%，采油率比工頻提高20%，工效提高1.2倍。在中、后期井中，油量減小，降低轉(zhuǎn)速，減少?zèng)_程，一般頻率運(yùn)行至35~40HZ之間，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降30%。節(jié)電率可達(dá)25%，而且提高了功率因數(shù)。 2) 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程頻次，隨著油井由淺入深的抽取，油量逐漸減小，出現(xiàn)泵充滿度不足，泵效下降，當(dāng)油井的供油能力小于抽油泵排量時(shí)，就造成泵抽空和液擊現(xiàn)象。降低頻率，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，提高充滿度，不僅節(jié)能而且增加原油產(chǎn)量。 3) 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)上下行程的速度，適當(dāng)降低下行程速度，提高泵內(nèi)的充滿度，適當(dāng)提高上行程速度，可減小提升中漏失系數(shù)，使抽油機(jī)工作在最佳運(yùn)行狀態(tài)，有效提高單位時(shí)間內(nèi)原油產(chǎn)量。 4) 起動(dòng)力矩大，運(yùn)行中負(fù)荷低，沖擊電流大 要從根本上解決問(wèn)題，加大電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)或增大減速箱速比，增大輸出力矩。變頻器正常運(yùn)行80~90HZ。這也有利于減少發(fā)電狀態(tài)的能量，減少“泵升電壓”。 5) 再生能量的處理問(wèn)題     *增大變頻器直流側(cè)濾波電容的容量；     *減少制動(dòng)電阻值，提高制動(dòng)系統(tǒng)的耗電能力，或直接使用回饋制動(dòng)，減小能量損失；     *發(fā)電時(shí)，頻率增大。 6） 防空抽，增產(chǎn)。動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖程頻次和上、下行程速度。設(shè)定電機(jī)的輸出功率標(biāo)準(zhǔn)值，實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)輸出功率，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，大于標(biāo)準(zhǔn)值，加速。反之減速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

六．抽油機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)     某油田82-X110抽油機(jī)是一臺(tái)游梁式抽油機(jī)，電機(jī)功率為22KW，磁極數(shù)為8極。采用我公司生產(chǎn)的變頻器節(jié)能改造。     在抽油機(jī)上行程運(yùn)行時(shí)，設(shè)置變頻輸出頻率為50Hz，下行程運(yùn)行時(shí)，設(shè)置為30Hz。 抽油機(jī)工頻運(yùn)行參數(shù)： 運(yùn)行一個(gè)周期電流變化：20.1A~30.7A 4小時(shí)平均耗電度數(shù)：4.7度/每小時(shí)

抽油機(jī)節(jié)能運(yùn)行參數(shù)： 運(yùn)行一個(gè)周期電流變化：4.9A~18.7A 4小時(shí)平均耗電度數(shù)：3.9度/每小時(shí)     由于油井的類(lèi)型和工況千差萬(wàn)別，井下滲油和滲水量每時(shí)每刻都在變．抽油機(jī)的負(fù)載變化是無(wú)規(guī)律的，故采用變頻調(diào)速技術(shù)，使抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律適應(yīng)油井的變化工況，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的提高，達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)的目的。

七、抽油機(jī)變頻改造的幾個(gè)好處 1. 大大提高功率因數(shù)，（0.25~0.5提高0.9以上）。減小了供電電流，從而減小了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)荷。 2. 動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度，一方面節(jié)能，同時(shí)增加原油產(chǎn)量。 3. 實(shí)現(xiàn)真正“軟起動(dòng)”對(duì)電機(jī)變速箱抽油機(jī)，避免過(guò)大機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。