新型节能抽油机的试验应用

1、新型节能抽油机的试验应用 大港油田分公司 大港油田地质构造以复杂断块油藏为主，原油物性差，属于高凝、高粘、 高含蜡胶质稠油、低渗透油田。长期以来，油田开发以机械采油为主，其中抽油 机井占开井总数的 68%，占产油量的 60%。在用抽油机大多以 12 型常规游梁抽油 机为主，抽油机耗电占公司总电耗的 52.5%，所耗电费直接左右着开发成本。虽 然现用常规游梁式抽油机具有结构简单、 结实耐用的优点， 但同时也存在能耗高、 调参不方便以及对高凝、 对稠油油田的开发适应能力弱等缺点。 因此推广具有高 效节能、调参方便、 可靠性好、 适应高凝稠油开发等特点的新型节能抽油机具有 非常重要的意义，是降低成本

2、的一项重要环节。 2000 年以来，我们先后引进了下偏杠铃式、调径变矩式、摆杆式、皮带式 等四种八台新型节能抽油机进行现场试验。 为了使试验的结果具有代表性， 我们 在油田南部开发公司的同一区块选择了原油粘度高、 抽油机负荷在 10t 左右的井 上进行集中试验。其中下偏杠铃式、调径变矩式、摆杆式游梁抽油机，重点试验 其节能性、可靠性、调参方便性；而皮带机则以满足高凝稠油井开采、低能井小 泵深抽、大泵提液部分替代电泵为试验目的。 2001 年进入规模推广阶段，截止 目前，共推广使用各种节能抽油机 47 台（套），取得了显著的经济和社会效益。 一、抽油机节能机理分析 （一）抽油机采油系统节能的影响

3、因素 抽油机系统是否节能主要受以下几个方面因素的影响： 1、举升工艺设计方面的影响：通过举升工艺的优化设计，包括杆、管、泵 的优化组合，合理沉没度的确定，冲程（s）,冲次（n）的优选等。 2、地面配套设备技术状况的影响：要提高系统效率，降低能耗，就应采用 先进的节能设备，如节能抽油机、电机功率的合理匹配、节能控制柜、节能变压 3、日常技术管理工作的影响：如抽油机的平衡、驴头与井口的对中情况、 井口盘根的松紧程度、 传动皮带的张紧程度、 各轴承部位磨损及润滑状况、 抽吸参数的动态调整等。 在举升工艺设计和日常技术管理相同的情况下， 地面配套设备的技术状况对 提高系统效率影响较大，而地面配套设备中

4、抽油机的技术状况十分重要。对于特 定的油井，特定的工作制度，即在抽油机井的光杆功率一定的前提下，抽油机- 深井泵装置是否节能主要是由其地面部分确定的，包括两个方面：一是平衡效果 如何，即选择哪种平衡方案，平衡调整是否易于实现；二是地面传动系统的效率。 (二)抽油机的节能原理与途径 下面是常规游梁抽油机、节能型游梁抽油机、链条式抽油机减速箱曲柄轴(输 出轴)的扭矩曲线示意图： 图1:常规游梁抽油机减速箱曲柄轴的扭矩曲线图 T1 (3) 1BQ对于恒扭矩的 功A=T（B ），此面积大说明电机所做的功大，反之电机所做的功小。通过上面的 分析可知，要想实现抽油机的节能有以下途径： 1、消除（或减小）抽

5、油机的发电运行状态：通过优化抽油机平衡机构的设 计，尽量使泵挂下降时重力所做的功全部被平衡系统吸收，使平衡系统的势能增 加；在泵挂上提过程中平衡系统所储存的势能释放出来，帮助电机做功，从而减 少电机的功率消耗。 2、抽油机平衡度的调节必须简便易行：由于受原油物性的影响，抽油机的 负荷经常变化。常规游梁抽油机平衡的调整是通过增加平衡块的数量或挪动平衡 块在曲柄上的位置实现的，由于平衡块重量大、紧固螺栓腐蚀等原因，平衡的调 节比较困难，致使部分抽油机平衡状况较差。 3、有效的削减峰值扭矩：通过削减峰值扭矩，可以使配用电机的功率下降， 减小“大马拉小车”的现象，提高电机的功率因数和机械效率。 4、

6、提高抽油机地面系统的效率：抽油机地面系统效率的计算公式：n地面: n电机.n皮带-减速箱 n四连杆， 因此通过提高上述三个单项的效率，减少地面系统自身 的消耗，也可以达到节能降耗的目的。其中n皮带-减速箱和n四连杆是由抽油机的结构 设计所确定的；n电机除与抽油机的结构设计有关外，还与平衡度、电机的负载率 等因素有关，电机的负载率要求在 70%-80%之间（如图4）。 从下图可以看出：电机的负载率越高，其效率、功率因数也会升高，电 机的自耗和网损都会下降 m上凸=曲 Du 6 QT 0- 0L.0 电机效率、功率因数与电机的负载率关系图 二、四种节能抽油机的工作原理、结构特点、性能及更换前换后有

7、关数据对 比 （一）下偏杠铃复合平衡游梁式抽油机 该机安装在家37-53井上，该井用 38泵，下泵深度2005.26米，悬点负 荷93.7kN，原油粘度605.86mPa.S, 2000年6月6日投产。其主要技术参数与 原抽油机对比情况见下表: 抽油机类型 下偏杠铃式 常规游梁抽油机 生产单位 抚顺石油机械厂 型号 CYJB12-4.8-53(H)PF CYJ12-4.8-73HB 悬点最大负荷（kN） 120 120 减速箱额定输岀扭矩（kN.m） 53 73 配用电机功率（kw） 30 55 冲程（m 4.8, 4.2, 3.6 4.8, 4.2, 3.6 冲次（次/分钟） 5.5, 4,

8、 2.7 8, 6, 4 全机总重量（t） 32 32 1、结构特点及工作原理 该机在常规游梁机的基础上，在游梁的尾部增加了一个下偏杠铃，与曲柄平 衡共同作用，形成复合平衡。 下偏杠铃游梁复合平衡抽油机在运动中，游梁尾部的杠铃型平衡装置的重 心运动轨迹是一段圆弧，当重心处于游梁回转中心的水平线上时，其重力矩最大； 当重心靠近游梁回转中心的垂直线时， 其重力矩最小，利用这一变矩原理与曲柄 平衡复合作用，来满足抽油机在抽油过程中力矩变化的需求，达到削减峰值扭矩 的作用。常规游梁抽油机曲柄平衡扭矩图、 杠铃平衡重产生的扭矩曲线图、 曲柄 与杠铃复合平衡后的净扭矩曲线图分别如图 5、6、7所示。 图5

9、常规游梁抽油机曲柄平衡时曲柄轴的扭矩曲线图 扛铃平匍扭炬国 图6下偏杠铃平衡重产生的扭矩曲线图 TT 图7曲柄与杠铃复合平衡后的净扭矩曲线图 2、主要优、缺点分析 该机自投产以来未发现机械故障，除具有常规游梁抽油机结构简单、工作 可靠的特点外还具有如下优点： （1）可靠性好，与常规抽油机相同，应用范围广。 （2）节能，经监测站测试，其节电率达 33.87%。 （3）降低配套变压器的容量，减少购置费用。 （4）减速箱、电机、变压器的体积重量减少，便于维修，设备维修费下降。 （5）该技术便于对常规游梁机实施节能技术改造。 不足之处：该机在调参方便性方面优势不明显，虽然增加了杠铃的辅助平 衡，但杠铃

10、片的增减并不方便，特别是在12型抽油机上表现的比较明显；调冲 程与普通游梁抽油机相同。 （二）调径变矩游梁式抽油机 该机安装在家39-49井上，该井用 38泵，下泵深度1984米，原油粘度 305mPa.S悬点负荷94kN, 2000年7月8日投产。其主要技术参数与原抽油机 对比情况见下表: 名称 调径变矩式 常规游梁式抽油机 生产单位 抚顺石油机械厂 型号 CYJQ12-5-53HY CYJ12-5-73HB 悬点最大负荷（kN） 120 120 减速箱额定输岀扭矩（kN.m） 53 73 配用电机功率（kw） 30 55 冲程（m） 5，4，3.4 5， 4.2, 3.6 冲次（次/分钟）

11、 5, 4, 3 8, 6, 4 全机总重量（t） 24 32 1、结构特点及工作原理 该机为前置式游梁平衡抽油机，与常规游梁机相比取消了平衡块，游梁的 后臂长度可调，在游梁尾部悬挂一个配重箱。 其作用原理是：配重在吊臂上的作用点相对游梁的位置及偏移量通过一组 不同直径的夹在吊臂与游梁间的销子进行调整，从而改变配重力矩，以拟合悬点 载荷的变化。即其平衡的调节可以通过调整配重块的重量； 以及更换调径销的直 径，从而改变游梁后臂的长度结合进行。其净扭矩曲线图如图8所示： 7(0) 图8调径变矩机的净扭矩曲线图 2、主要优、缺点分析 该机自2000年7月8日投产以来未发现机械故障，除具有常规游梁机结

12、构 简单、工作可靠的特点外还具有如下优点: （1）节能，经节能监测站测试，平均节电率达17% （2）调平衡方便，通过调整配重块数量和调换调径销结合进行，平衡度可 达到95%上。同时可以降低工人的劳动强度，节省时间，从而提高油井生产时 率，提高油井产量。 （3）降低配套变压器的容量，减少购置费用。 （4）减速箱、电机、变压器的体积重量减少，便于维修，设备维修费下降; 减速箱距地面较近便与维修保养 （5）整机重量小，节省钢材、吊抽方便。 （6）机组运行平稳，噪音小。 应注意的几个问题： A 、当抽油杆断脱后，导致平衡箱快速下落的问题应引起注意 B 、调径销的使用寿命有待于进一步考验。 （三）摆杆复

13、合平衡游梁式抽油机 该机安装在家39-53井上，该井用 38泵，下泵深度1980米，原油粘度 1361.08mPa.S,悬点负荷105kN, 2000年5月31日投产。其主要技术参数与原 抽油机对比情况见下表： 名称 摆杆式 异相曲柄游梁机 生产单位 大安石油机械厂 型号 CYJB12-4.8-37HF CYJ12Y-5-73HB 悬点最大负荷（kN） 120 120 减速箱额定输岀扭矩（kN.m） 37 (48) 73 配用电机功率（kw） 30 45 冲程（m 4.8，4.2，3.6 5，43 3.6 冲次（次/分钟） 55 4, 2.7 8, 6, 4 全机总重量（t） 26 32 1、

14、结构特点及工作原理 该机在常规游梁机的基础上，增加了一对摆杆，由于曲柄销子可以在摆杆 的轨道上做往复运动和滚动，构成了一种新的结构即：曲柄滑块-连杆机构。 当抽油泵下行时连杆把摆杆提起，使其势能增加；当泵上行时摆杆重心下 降,势能释放出来，帮助电机做功，降低电机的功率消耗，达到节能降耗的目的 2、主要优、缺点分析 该机自投产以来未发现机械故障，该机除具有常规游梁抽油机工作可靠的 特点外，还具有如下优点： （1）节能，经监测站测试，其节电率达 23.46%。 （2）调冲程方便，通过改变四条螺栓的位置即可实现。 （3）调平衡方便，通过调整曲柄上的平衡块、摆杆上的平衡配重即可实现, 平衡度可以达到9

15、5%以上。 （4）调参方便可以降低工人的劳动强度，节省时间，从而提高油井生产时 率，提高油井产量。 （5）降低配套变压器的容量，减少购置费用。 （6）减速箱、电机、变压器的体积重量减少，便于维修，设备维修费下降。 （7）机组稳定性较好。 不足之处是：滚轮需要定期更换，结构复杂。 （四）皮带机（皮带悬挂、重力平衡链条式抽油机 ） 2000 年试验该机 5 台，家 43-23、家 43-25、官 69-12、官 68-46、官 70-46 各一台，分别于2000年5月25日、8月25日，7月13日、9月19日投产。其 主要技术参数见下表： 型号 R0TAFLEX700A ROTAFLEX800A

16、ROTAFLEX900 悬点最大负荷（kN） 120 140 160 减速箱额定输岀扭矩（kN.m） 32 37 37 配用电机功率（kw） 37 45 45 冲程（m 6 7.3 7.3 冲次（次/分钟） 0.8-4 0.8-4 0.8-4 在安装的5台皮带机中，其试验方向有三个：家43-23、家43-25井以满足 稠油井开发为试验目的；官 69-12井以取代小排量电泵为试验目的，官 68-46 井以满足深抽为试验目的。 1、结构特点及工作原理 该机实质上是链条抽油机，其工作与节能原理与原链条抽油机完全一致。 与原来的链条抽油机相比结构上作了如下改进：即：将原来的气平衡改为重力平 衡，悬挂部

17、分由钢丝绳改为宽皮带， 换向机构也做了相应的改进，基础方面由固 定基础改为活动基础，工作的可靠性比老式链条机有了较大的提高。 2、该机的主要优、缺点分析 该机自投产以来未发现任何机械故障，具有如下优点： （1）长冲程、低冲次，泵充满系数高，特别适合稠油井的开发。以家43-23 井为例，其原油粘度11676.2mp.s（ 50C）,该井先期用过螺杆泵、电泵采油工艺， 均不能正常生产。2000年5月25日后采用皮带机采油，同时配合加药降粘、掺 水等采油工艺，现日产原油 13 吨，至今已 14 个多月，油井生产十分正常。 （2）采用重力平衡，可靠性高，平衡调节方便，平衡效果好，平衡度可达 到 95%

18、。 （3）节能，与普通游梁式抽油机相比节电效果明显。 （4）由于皮带具有吸收振动的作用，再加上皮带机是匀速运动（除换向过 程外），因此运行平稳，动载荷小。 （5）长冲程、低冲次，同样的产液量井下设备磨损少。由于降低了单位原 油产量所需要的泵往复循环的次数， 因此降低了井下泵、 抽油杆柱和油管的磨损， 检泵周期可以延长。 （6）可用于大泵提液，取代部分电泵（特别是 50-100m3/d ）。以官 69-12 井为例，该井原为100方电潜泵，日产液103方，实耗功率52kw;用皮带机生 产，配 83的泵，日产液122方，实耗功率17kw。通过对比可以看出，用皮带 机每年仅电费一项可节省开支 13万

19、元，同时作业费也可节省 10多万元，这样每 口井每年可节资 20 多万元。 （7）机组运行平稳，噪音小。 应注意的几个问题 : a 、作业时需要移机。 b 、整机的可靠性，特别是链条的使用寿命需要进一步的考验，自动刹车的 可靠性也需要进一步的验证。 上述四种机型虽具有各自的特点，同时也具有共性即： A、节能性。B、平 衡块化整为零，调平衡方便、平衡度提高，减轻工人的劳动强度。 C调参方便 性方面做了部分改进。D机组运行平稳，具有较高的可靠性。 E、电机、变压 器的配套容量下降，降低配套费。F、整机重量下降，节省钢材，吊抽方便。 G 较强的工艺适应性等。 三、节能抽油机经济效益分析 从上面的分析

20、可以看出，新型节能抽油机具有节能、调参方便、工艺适应 性强、可靠性高等优点， 同时其经济和社会效益也是十分显著的。 现将经济效益 分析如下： 1、用下偏杠铃、调径变矩、摆杆式抽油机代替常规游梁式抽油机 以一口 12型抽油机井为例（平均节电率按 25%+算，每年按365天计算） 输入功率 平均节电 年节电量 年节约电费 提高时率创效 年节约工时费、 合计 (kw) 率（ (kw.h) （万元） （万元） 维修费（万元） （万元） 15 25 32850 1.6 0.4 0.2 2.2 由于上述三种节能抽油机与常规游梁机相比价格基本相同， 结合产能建设项 目配套，在投资没有增加的情况下，每台抽油机

21、每年可节资2.2万元，如果每台 抽油机的使用寿命按15年计算，在其寿命周期内，可节资 33万元。 2、用皮带机代替小排量电潜泵 如用700型皮带机代替100 （方/天）电泵井，根据对官69-12井的测试, 各项对比数据见下表（每年按330天计算，油井作业周期均按1年计算）。 项目 平均每年投入 每年投入电费 平均每年总投入 平均每年节资 （万元） （万元） （万元） （万元） 电潜泵 25 20.2 45.2 皮带机 12 6.7 18.7 26.5 电潜泵井平均每年投入的费用25万元，包括机组费、电缆费和作业费。皮 带机井平均每年的投入12万元，包括抽油机的年折旧费、抽油杆投入费和作业 费。

22、因此对有条件实施皮带机配大泵（70、 83）代替小排量电潜泵（50-100 方/天）具有显著的经济效益，但应注意出砂井不宜采用此工艺方案。 3、皮带机用于稠油井开发和低能井深抽 每台抽油机的平均节电率30%年节电1.95万元；年增油180t，每吨油按 1050元计算，每台皮带机每年可增效益 20.85万元。 从上述分析计算可以看出，推广新型节能抽油机的经济效益是比较显著的。 四、取得的认识及建议应用范围 （一）取得的认识 新型节能抽油机现场试验工作取得了一定的成效，受到了基层单位的好评， 展现了良好的应用前景。 通过对四种新型节能抽油机的现场试验和技术经济综合 分析，在广泛征求各方面的意见的基础上，针对大