机械采油井系统节能测试方法课件

机械采油井系统节能测试方法4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。5．用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。机械采油井系统节能测试方法机械采油井系统节能测试方法4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。5．用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。目次§1相关标准§2机械采油井系统分类§3抽油机采油系统简述§4机械采油井系统效率测试方法§5系统中的能量损失及各环节的能效分析§6抽油机井系统常用节能技术§7机采系统监测项目与评价指标机械采油井系统节能测试方法4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面1机械采油井系统节能测试方法课件2一、相关标准

1.SY/T5265-2019油田生产系统能耗测试和计算方法2.SY/T6275-2019石油企业节能监测综合评价方法3.SY/T6422-2019石油企业节能产品节能效果测定一、相关标准1.SY/T5265-2019油田生产系统能3二、机械采油井系统分类

1.抽油机井系统2.潜油电泵井系统二、机械采油井系统分类1.抽油机井系统41．抽油机采油系统的组成2．抽油机在采油系统中的作用3．抽油机工作的特点4．抽油机的平衡三、抽油机采油系统的简述1．抽油机采油系统的组成三、抽油机采油系统的简述51．抽油机采油系统的组成抽油机是油田普遍采用的采油装置。以目前应用最广泛的常规游梁式抽油机采油系统为例，采油系统主要由三部分组成：地面部分游梁式抽油机，由电动机、减速箱和四连杆机构(包括曲柄、连杆、横梁、游梁)、驴头和悬绳器等组成；地下部分抽油泵，悬挂在套管中油管的下端；联系地面和井下部分的中间部分抽油杆柱，由一种或几种直径的抽油杆和接箍组成。常规游梁式抽油机采油系统的组成如图1-1所示。1．抽油机采油系统的组成6图1-1常规游梁式抽油机采油系统1-电动机2-减速箱3-四连杆机构4-抽油杆柱5-油管6-套管7-抽油泵图1-1常规游梁式抽油机采油系统72．抽油机在采油系统中的作用在抽油机采油系统的三个组成部分中，不同采油系统的地下部分和中间部分的结构和工作原理基本相同，系统的主要区别在于抽油机的不同。抽油机的不同决定了抽油机采油系统的能耗状况。抽油机的作用是将电动机的旋转运动变成悬点的往复运动。根据基本工作原理，可以认为抽油机主要由以下四个系统组成，即传动减速箱系统、换向系统、平衡系统和支撑系统。由于各种抽油机的减速系统和支撑系统工作原理和结构基本相同或类似，所以抽油机的结构形式主要由换向系统和平衡系统决定。含有游梁、通过连杆机构换向的抽油机统称为游梁式抽油机；当采用不同于四连杆的机构换向、游梁变短甚至消失或采用电动机正反转换向的抽油机统称为无游梁抽油机。2．抽油机在采油系统中的作用在抽油机采油系统的三个组成部分83．抽油机工作的特点任何结构抽油机的一个工作循环，都分为上冲程和下冲程两部分。上冲程时，抽油机悬点上作用着抽油杆柱和油柱的重量、抽油杆柱和油柱的惯性载荷、振动载荷以及抽油杆与油管间、柱塞与泵筒间的摩擦力。下冲程时，悬点承受抽油杆柱在油中的重量，相应的惯性载荷以及振动载荷。抽油机悬点载荷随悬点位移的变化规律用动力示功图来表示，见图1-2。3．抽油机工作的特点任何结构抽油机的一个工作循环，都分为上冲9上死点下死点冲程Pmax悬点位移悬点载荷Pmin图1-2动力示功图上死点下死点冲程Pmax悬点位移悬点载荷Pmin图1-2104．抽油机的平衡目前，抽油机上的平衡方式主要有两类：机械平衡和气动平衡。机械平衡是在曲柄和/或游梁尾部加装平衡重。在悬点下冲程时，使得平衡重从低处抬到高处，从而增加了平衡重的位能。为了抬高平衡重，除了依靠抽油杆柱下落所放出的位能外，还需要电动机作功，以消除下冲程中电动机发电运行的现象。在悬点上冲程时，平衡重由高处下落，把下冲程时储存的位能释放出来，帮助电动机去提升抽油杆柱和油柱，从而减少了电动机在上冲程所需要给出的能量，如果平衡重或/和平衡方式选得合适，不仅可以使电动机上冲程和下冲程给出的能量相等，并且使曲柄轴扭矩值变化很小，使电动机、减速箱的载荷均匀，改善系统的工作状态，减少能耗，提高效率。

4．抽油机的平衡目前，抽油机上的平衡方式主要有两类：机械平110360°12M１－未平衡2—平衡3—理想平衡图1-3常规游梁式抽油机曲柄轴扭矩特性曲线30360°12M１－未平衡2—平衡3—理想平衡312平衡状况产生的影响抽油机平衡系统设计的成功与否，直接与抽油机的受力状况、曲柄轴净扭矩变化情况、以及电动机耗功大小、抽油机节能状况有关。平衡状况产生的影响抽油机平衡系统设计的成功与否，直接与抽油机13四、机械采油井系统效率测试方法1.测试范围2.术语定义3.测试要求4.测试仪器仪表及精度等级和测试参量5.测试方法和计算公式四、机械采油井系统效率测试方法1.测试范围14除自喷井外的各种机械采油井1.测试范围除自喷井外的各种机械采油井1.测试范围152.术语定义输入功率：拖动机械采油设备的电动机的输入功率。有效功率：将井内液体输送到地面所需要的功率。系统效率：机械采油井的有效功率与输入功率的比值。光杆功率：光杆提升液体并克服井下各种阻力所消耗的功率。地面效率：光杆功率与电动机输入功率的比值。井下效率：抽油机井的有效功率与光杆功率的比值。平均系统效率：各种机械采油井的总的平均效率。2.术语定义输入功率：拖动机械采油设备的电动机的输入功率。163.测试要求（1）测试井机泵运行正常；（2）测试仪器仪表正常并在检定合格周内；（3）检查仪器仪表连接无误后，按机械采油井的操作规程及程序进行启动。待机械采油设备运行20分钟后进行测试，应保证输入功率、油井产液量、动液面深度、油井油压和套压等主要参数同步测试。

3.测试要求（1）测试井机泵运行正常；174.测试仪器仪表及精度要求序号仪器仪表名称测试计算参量精度等级要求1输入功率测试仪表输入功率1.52压力表油压、套压1.53动力示功仪功图、力比、减程比、冲次、冲程1.04回声仪动液面深度0.355产液量计量装置产液量5.06数字万用表上、下冲程最大电流0.37秒表时间（电度表转动、冲次）1.08求积仪示功图面积4.测试仪器仪表及精度要求序号仪器仪表名称测试计算参量精度185.测试方法和计算公式（1）测试方法与步骤输入功率测量：采用数字式功率仪表或三相有功电度表。测量抽油机井时，采用的数字式功率仪应符合抽油机耗电原理。用三相有功电度表测量时，测试电度表转10圈所用时间，重复测3次，求其平均值。5.测试方法和计算公式（1）测试方法与步骤19

游粱式抽油机多以电动机为原动力，抽油杆的每一个上下往复运动称为一个周期（冲次）。在抽油杆向上运行的半个周期，电动机要克服抽油杆及采液的重力而做功；在抽油杆向下运行的半个周期，因抽油杆动能与平衡块的势能差，常常会出现电动机被拖动旋转的转速超过同步转速的现象，此时，电动机变为发电机向电网反输电能。因此，在抽油机运行的一个周期内，电动机根据抽油机的平衡情况，呈以下三种运行状态：重负荷——轻负荷——重负荷；重负荷——轻负荷——空载——轻负荷——重负荷；重负荷——轻负荷——空载——发电——空载——轻负荷——重负荷。对于电动机的前两种运行状态，在压缩机等机械设备中屡见不鲜，其电参数之间的关系无特别之处。对于第三种运行状态，由于呈现该运行状态的游梁式抽油机较多，且其电参数之间的关系具有特殊性。游粱式抽油机多以电动机为原动力，抽油杆的每一个20在抽油机正常的运行过程中，70%以上的抽油机井均不同程度地存在有发电状态，在这种状态下类似于异步发电机并网运行。发电机一方面由电网吸取感性无功功率建立磁场，另一方面把机械能转换为有功电能。对于其运行的电压、频率、电流、有功功率、无功功率、功率因数来讲，在整个运行过程，频率和电压取决于发电机（电动机）所连接的电网，基本保持不变；电流、无功功率虽有较大波动，电动机（发电机）由于要向电网吸取无功功率，在未进行补偿的情况下没有过零点（始终为正值）。对于有功功率和功率因数来讲，不仅变化幅度较大而且有过零点（有正负值之分）。在抽油机正常的运行过程中，70%以上的抽油机井均不同程度地存21因此，标准SY/T5264中明确提出：“数字式仪表必须负荷抽油机的耗电原理。”，否则，以功率因数为基本测量参数的仪表，会把“发电量”当作耗电来处理给测试带来较大偏差。现在，油田上一般用3166型电参数综合测试仪测试抽油机电机的电参数。这些数据中，能有效反映出电动机的输入电量、发电量、实耗电量、无功电量、视在电量等参数。因此，标准SY/T5264中明确提出：“数字式22用三相电度表测量时，公式如下P1=P1——输入功率，kW;np——有功电度表所转的圈数，r；K——电流互感器变比，常数；K1——电压互感器变比，常数；Np——有功电度表常数，r/kW·htp——有功电度表转np圈所用时间，s。用三相电度表测量时，公式如下P1=P1——输入功率，kW;23油井产液量、含水率、油压、套压、动液面深度测量油井产液量测量：连续计量3次，求其平均值。油井含水率测量：井口取样，用蒸馏或离心法测量。油井井口油管压力和套管压力测量：在井口油管和套管上分别装上压力表测其油压和套压。油井动液面深度测量：在井口上装回声仪连续测量3次，求其平均值。油井产液量、含水率、油压、套压、动液面深度测量油井产液量测量24有效功率计算公式P2——有效功率，kW;Q——油井产液量，m3/d；H——有效扬程，m；ρ——油井液体密度，t/m3；g——重力加速度，＝9.8m/s2。有效功率计算公式P2——有效功率，kW;25有效扬程H——有效扬程，m；Hd——油井动液面深度，m；p0——油管压力，MPa；pt——套管压力，MPa。有效扬程H——有效扬程，m；26油井液体密度当油井液体密度未能实际测得时，可用上式近似计算fw——含水率；ρo——油的密度，t/m3ρw——水的密度，t/m3

油井液体密度当油井液体密度未能实际测得时，可用上式近似计算27光杆功率的测量在抽油机悬绳器处装动力示功仪，测量抽油机的示功图，连续测量3次，求其平均值。

光杆功率的测量在抽油机悬绳器处装动力示功仪，测量抽油机的示功28光杆功率计算公式P3­­­——抽油机井光杆功率，kW;A——示功图的面积，mm2；Sd——示功图减程比，m/mm；fd——示功图力比，N/mm；ns——光杆实测平均冲次，min-1。光杆功率计算公式P3­­­——抽油机井光杆功率，kW;29抽油机井的地面效率

ηd——抽油机井的地面效率，%；P3——光杆功率，kW;P1——输入功率，kW。抽油机井的地面效率ηd——抽油机井的地面效率，%；30

测试正向平均有功功率P1：0.926kW、发电平均功率P2：0.308kW、感性平均无功功率Q1：3.865kvar、容性平均无功功率Q2：0kvar、功率因数λ：0.226、视在功率4.101kVA、光杆功率经计算为P光0.14kW。根据标准SY/T5264--2019的要求，抽油机的地面效率是以光杆功率除以电动机的输入功率。当采用正向平均有功功率计算时，该井的平均地面效率为：（0.14/0.926)15.1%。采用正向平均有功功率与平均发电功率的差值，即抽油机电动机实际消耗的有功功率时，该井的平均地面效率为：0.14/(0.926-0.308)22.7%。

注意测试正向平均有功功率P1：0.926kW、发电平31由此可见，当分别采用正向平均有功功率和电动机实际消耗的有功功率计算时，抽油机地面效率相差7.6个百分点。根据抽油机地面和系统效率的定义可知：应以光杆功率或有效功率除以电动机实际消耗的有功功率来计算抽油机的地面和系统效率。因此，在计算抽油机的地面、系统效率或节能量测试评价时，应以实际消耗的电量（功率）为准，若以平均输入功率（电量）进行计算，就会造成较大的误差甚至是错误的计算结果。由此可见，当分别采用正向平均有功功率和电动机实际消耗的有功功32抽油机井的井下效率

ηj——抽油机井的井下效率，%；P2——有效功率，kW；P3——光杆功率，kW。抽油机井的井下效率ηj——抽油机井的井下效率，%；33单井的系统效率

P2——有效功率P1——输入功率单井的系统效率P2——有效功率34一个区块机械采油井平均系统效率

采用输入功率加权平均法计算一个区块的平均系统效率

一个区块机械采油井平均系统效率采用输入功率加权平均法计算一35计算公式ηa——一个区块某种机械采油井平均系统效率；P1i——机械采油井系统单井输入功率，kW；ηi——机械采油井单井系统效率；n——一个区块机械采油井测试井数。计算公式ηa——一个区块某种机械采油井平均系统效率；36某种机械采油井总的输入功率

P1ti——第i种机械采油测试井总的输入功率，kW；P1tj——第i种机械采油井系统第j口井的输入功率，kW；ni——第i种机械采油井的井数。某种机械采油井总的输入功率P1ti——第i种机械采油测试井37机械采油井平均系统效率

ηm——一个区块（或厂）机械采油井平均系统效率；ηai——第i种机械采油井系统的平均效率；m——机械采油方式种数。机械采油井平均系统效率ηm——一个区块（或厂）机械采油井平38抽油机井平衡度的测量

用数字电流仪表测试抽油机井上下冲程的最大电流。抽油机井平衡度计算公式如下：L＝（I下max/I上max）×100式中：L——抽油机井平衡度,％；I下max——下冲程最大电流，A；I上max——上冲程最大电流,A。抽油机井平衡度的测量用数字电流仪表测试抽油机井上下冲程的最39五、抽油机系统中的能量损失及提高各环节的能效分析（一）能量损失（二）提高抽油机采油系统中各环节的能效分析五、抽油机系统中的能量损失及提高各环节的能效分析（一）能量损40（一）能量损失1.电动机损失2.传动带损失3.减速箱损失4.换向损失5.盘根盒损失6.抽油杆损失7.抽油泵损失8.抽油管柱损失

（一）能量损失1.电动机损失41电动机电动机功率损失，主要为能量转换损失和摩擦损失皮带减速箱换向机构盘根盒管柱抽油泵抽油杆柱抽油机采油系统输入功率抽油机采油系统有效功率带传动功率损失，主要为摩擦损失减速箱功率损失，主要为摩擦损失换向机构功率损失，主要为相对运动件间摩擦损失盘根盒功率损失，主要是光杆与盘根间的摩擦损失抽油杆柱功率损失，主要是杆与管、杆与井液间的摩擦损失。抽油泵功率损失，主要是容积损失和水力损失管柱功率损失，主要为水力损失和漏失图1-4抽油机采油系统能量传递与损失示意图电动机电动机功率损失，主要为能量转换损失和摩擦损失皮带减速箱42（二）提高抽油机采油系统中各环节的能效分析

1.电动机如果电动机运行在额定负荷或额定负荷附近，则电动机属于节能经济运行。但多数抽油机(尤其是常规游梁式抽油机)在工作过程中，为满足启动或最大功率点的要求，其电动机的平均输出功率与额定输出功率之比通常为0.3～0.4，有的甚至更低。因此在一个冲程中的大多数时间里电动机处于轻载运行，即所谓“大马拉小车”的情况，其效率和功率因数都很低，这就造成较大的能量损失。从现场实测看，有些电动机平均效率只有60%～70%，与普通异步电动机的额定效率90%95%相比，提高效率潜力较大。（二）提高抽油机采油系统中各环节的能效分析1.电动机43效率%负载率%国家标准规定：当电动机的负载率低于40%时应进行改造或更换效率%负载率%国家标准规定：44油田电动机节能主要分为四个方面(1)人为地改变电动机的机械特性，以实现与负荷特性的柔性配合，从而提高系统效率，实现节能。这种方法主要是采用变频调速的方法。(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)，从而改善电动机与机、杆、泵整个系统的配合，减少系统能耗。(3)研制高效节能电动机，扩大高效区范围，提高电动机效率，降低装机功率，从而减少电动机损失。(4)采用节能型抽油机电动机控制装置，这种电动机控制装置除具有一般控制箱的基本功能外，可根据电动机的运行情况，动态调节电动机的电压或进行无功补偿，降低电动机损失。

油田电动机节能主要分为四个方面(1)人为地改变电动机的机452.带传动工程上常用的皮带的传动效率都比较高，最高可达98%，即其传动损失仅为2%。20世纪80年代末在大庆油田进行的一些试验证明，在抽油机上使用窄V联组带较之使用其它类型的皮带，损失最小。这种带传动动力大，摩擦损失小，滑差率小，丢转少，传动效率最高达98%，并且带轮直径和宽度都明显减小。经现场实测，使用这种传动带比使用普通三角带平均可节电2.5%。因此，在我国现有技术条件下，带传动部分效率的提高潜力已很小。2.带传动工程上常用的皮带的传动效率都比较高，最高可达98463.减速箱主要包括轴承和齿轮的摩擦损失。对于减速箱，核心问题是润滑，如果润滑效果差，不仅使能耗增加，而且使轴承和齿轮很快磨损，因此要保证减速箱内轴承和齿轮的润滑。如果润滑良好，减速箱的总损失约为9%10%，即传动效率为90%左右。从工程角度上看，这基本是目前大功率减速器传动效率的最高值。因此，在管理和维护措施得当的条件下，减速箱的效率不会有大的提高。3.减速箱主要包括轴承和齿轮的摩擦损失。对于减速箱，核心474.换向及平衡对于游梁式抽油机，换向部分主要是四连杆机构或其变形。对于无游梁抽油机，换向机构主要是天轮、滚筒或链条等。该部分的主要损失是相对运动件间的摩擦损失以及钢丝绳的变形损失。如果润滑保养良好，该部分的传动效率一般可达95%，在换向机构一定的情况下，该部分的效率不会有大的提高。近年来出现了许多抽油机的平衡方式，如游梁偏置平衡、悬重偏置游梁复合平衡、下偏杠铃型游梁复合平衡、摆杆式游梁抽油机的复合平衡、调径变矩纯下偏平衡等。采用这些平衡方式能不同程度地改善曲柄轴净扭矩曲线，降低曲柄轴扭矩的峰值，减小扭矩曲线的波动。国内外的理论研究和测试结果表明，如果以抽油机的能耗最小为抽油机平衡最佳的判断准则，则上下冲程的峰值扭矩不一定相等，调平衡时，需要按照能耗最小的原则，通过计算或测试得出最佳平衡重的调整点。实践证明，通过合理的调整平衡，每口油井可节约有功功率0.31.5kW，平均节电0.5kW，节电效果显著。每口井都有节电的平衡度最佳点，一般调在90%最为经济。4.换向及平衡对于游梁式抽油机，换向部分主要是四连杆机构485.盘根盒该部分的损失主要是摩擦损失，该项损失与抽油机的安装情况、光杆的表面加工质量、盘根的松紧和密封材料有密切关系。现场试验表明，使用标准光杆和密封性能好的调心石墨盘根盒，能较大幅度地减小摩擦力和功率损耗。管理与维护正常的情况下，盘根盒部分能量损失很小，因此提高能效的潜力不大。

5.盘根盒该部分的损失主要是摩擦损失，该项损失与抽油机的496.抽油杆柱主要为摩擦与应变损失。与下泵深度、井液粘度、抽油杆运动速度、油井本身的斜度和弯曲程度有关。对于井液粘度大的油井，可采用长冲程、低冲次的工况降低抽油杆的运动速度；可采用降低井液粘度的措施，如注蒸汽、掺稀油、应用电加热抽油杆等，以降低抽油杆柱与液柱之间的摩擦力。对于井斜或井筒弯曲程度较大的油井，可在抽油杆柱上加装扶正器或滚轮接箍，以减少杆管之间的摩擦损耗。6.抽油杆柱主要为摩擦与应变损失。与下泵深度、井液粘度、507.抽油泵抽油泵的损失中，容积损失和水力损失占主要部分。通过优选柱塞泵筒间的间隙，在不增加柱塞泵筒摩擦力的条件下，减小液体漏失量。采用耐磨耐冲击、开关性能好、水力损失小的阀球及阀座，可减小由于泵阀损坏或由于开关不及时而引起的漏失和减小水力阻力，从而降低抽油泵部分的能耗。

7.抽油泵抽油泵的损失中，容积损失和水力损失占主要部分。通518.管柱管柱损失由管柱的容积损失和水力损失两部分组成。在油管螺纹处加装密封件以保证油管的密封，在起下油管柱时严格按规程操作减少或消除螺纹的损坏，则可降低管柱漏失量，从而降低容积损失值。管柱的水力损失与管柱内表面的粗糙度成正比，与井液的向上流动速度的平方成正比。对于井液腐蚀性较强或/和易结垢的油井，应对油管采取防腐和/或防结垢措施，防止油管内壁变粗糙。在选择抽汲参数时，应尽量使用大泵径、长冲程、低冲次，以降低液体向上流动速度。8.管柱管柱损失由管柱的容积损失和水力损失两部分组成。52结论由上面的分析可知，在抽油机采油系统中，电动机和平衡部分提高能效的潜力较大，是系统节能研究的主要方向。

结论由上面的分析可知，在抽油机采油系统中，电动机和平衡部分提53六、抽油机系统常用节能技术

（一）抽油机采油系统的节能机理

（二）节能抽油机(不包括电动机)及其节能原理六、抽油机系统常用节能技术（一）抽油机采油系统的节能机理54（一）抽油机采油系统的节能机理

供给抽油机举升液体的能量主要消耗在三个方面：一是举升液体所做的有效功二是克服摩擦阻力所做的功三是消耗于热损失的功通常情况下，如果要举升的井液量、举升高度和井况一定，举升液体所作的有效功基本不变。在整个抽油机采油系统中，变化幅度较大的是消耗于热损失的功，这也是系统节能的着眼点。（一）抽油机采油系统的节能机理供给抽油机举升液体的能量主要55从以下四方面来评价抽油机的节能性能1．抽油机本身动力性能及井况所决定的悬点载荷，即动力示功图2．由平衡性能所决定的曲柄轴净扭矩3．抽油机电动机的拖动特性、负荷率等4．功率因数补偿、变频、调压等电控技术

从以下四方面来评价抽油机的节能性能1．抽油机本身动力性能及56（二）节能抽油机(不包括电动机)

及其节能原理

1.异相曲柄复合平衡抽油机2.双驴头抽油机3.曲游梁抽油机4.摆杆式游梁抽油机5.偏轮式游梁抽油机6.下偏杠铃游梁复合平衡抽油机7.调径变矩游梁平衡抽油机8.渐开线异形抽油机（二）节能抽油机(不包括电动机)

及其节能原理1.异相曲柄571.异相曲柄复合平衡抽油机该种抽油机适用于低冲程且冲次比较高的油井。图2－1异相曲柄复合平衡抽油机1.异相曲柄复合平衡抽油机该种抽油机适用于低冲程且冲次582.双驴头抽油机该种类型抽油机结构简单，性能可靠，易操作管理，节能效果良好，比较适用于长冲程低冲次的油井，是目前国内油田首选的节能型抽油机图2-2双驴头抽油机结构简图1.电动机2刹车机构3.减速器4.曲柄平衡重5.连杆6.横梁7.柔性绳8.变径后驴头9.游梁10.前驴头11.悬绳12.支架13.底座.2.双驴头抽油机该种类型抽油机结构简单，性能可靠，易操作管593.曲游梁抽油机曲游梁抽油机运动特性与常规游梁抽油机相当，而可靠性、动力性能比常规机优越，适于在中等冲程，中、低冲次的工况条件下应用123654789图2-3曲游梁抽油机结构简图1.电动机2.减速箱3.曲柄4.游梁平衡重5.游梁6.连杆7.驴头8.支架9.底座3.曲游梁抽油机曲游梁抽油机运动特性与常规游梁抽油机相当604.摆杆式游梁抽油机与常规游梁式抽油机相比，摆杆式游梁抽油机适合大负荷、长冲程，但不适合高冲次工况。一般冲次不宜超过6次/分

图2-4摆杆式抽油机结构简图1.驴头2.游梁3.游梁支承4.支架5.横梁6.连杆7.减速器8.平衡重9.摆杆10.平衡板11.电动机装置12.刹车13.底座14.摆杆支承轴15.悬绳器.4.摆杆式游梁抽油机与常规游梁式抽油机相比，摆杆式游梁抽615.偏轮式游梁抽油机这种抽油机结构紧凑,动载荷小,运转平稳,曲柄轴净扭矩波动平缓，波动幅度远小于常规机，电动机容量降低。该机的运动、动力性能均优于常规机图2-5偏轮式游梁式抽油机结构示意图1.悬绳器2.钢丝绳3.驴头4.游梁5.支座6.操纵杆7.横梁8.偏轮9.连杆10.曲柄销11.减速箱12.刹车13.电动机14.底座15.曲柄16.支架5.偏轮式游梁抽油机这种抽油机结构紧凑,动载荷小,运转平626.下偏杠铃游梁复合平衡抽油机该技术既可用于新机制造，又可用于对大量现场在用的常规抽油机进行节能改造。改造后提高了整机在生产中的承载能力，能够适应油井在不同生产阶段的产能变化规律，节能改造技术简单易行，这种抽油机的应用范围与常规抽油机相同图2－6(内插式)下偏杠铃游梁复合平衡抽油机1.常规机2.原机配重3.下偏体4.配重5.调节孔图2－7(外翘式)下偏杠铃游梁复合平衡抽油机1.常规机2.支座3.下偏体4.调整块5.配重6.调节孔6.下偏杠铃游梁复合平衡抽油机该技术既可用于新机制造，又可637.调径变矩游梁平衡抽油机该机具有结构简单、整机重量轻、运行电流平缓、节能效果显著、制造成本低、调参容易等优点。该种抽油机与常规抽油机的适用范围相同，但冲次一般不宜超过6冲/分图2－8调径变矩游梁平衡抽油机1．驴头2.游梁3.吊臂4.配重箱5.电动机6.支架7.减速器8.底座9.曲柄10.连杆11.横梁7.调径变矩游梁平衡抽油机该机具有结构简单、整机重量轻、648.渐开线异形抽油机渐开线异形抽油机结构简单，运行可靠，净扭矩值小，电机配置减小，节能效果好，系统效率高，调参方便，操作维护管理难度小。该机在结构上舍弃了游梁，取消了横梁、连杆，避免在光杆断脱或滞后出现横梁撞击支架，造成支架与横梁破坏，消除了事故隐患。8.渐开线异形抽油机渐开线异形抽油机结构简单，运行可靠，65（三）节能电动机及其节能原理

1.变频调速电动机2.超高转差电动机3.电磁滑差电动机4.永磁同步电动机5.双速电动机6.自变功率电动机（三）节能电动机及其节能原理1.变频调速电动机661.变频调速电动机变频调速电动机是在普通电动机电源上加变频器，可以降低抽油机电动机的装机容量，负荷率得到较大提高，并且改变了上、下冲程的速比，也改善了抽油系统的配合。变频调速电动机无论从电动机本身还是从系统配合上都达到了节能目的。但这种方法一次投入大，现场管理难度大，而且变频器本身也有功率损耗(约3%)，变频器的谐波对电网有影响，并会使电动机附加损耗增大，且可靠性有待验证。

1.变频调速电动机变频调速电动机是在普通电动机电源上加变频672.超高转差电动机80年代初我国开始研制超高转差电动机。这种电动机的主要特点是机械特性软，遇到换向冲击载荷或上冲程载荷大时，转速下降，使抽油机和电动机的扭矩和输入功率变化趋于平缓，峰值扭矩明显降低，从而改善了机、杆、泵的配合，提高了泵的充满系数，达到系统节能的目的。如果抽油机的载荷波动幅度大，应选择超高或高转差率电动机，以提高其运行效率。这种电动机适用于较高冲次或平衡不太理想的油井。2.超高转差电动机80年代初我国开始研制超高转差电动机。683.电磁滑差电动机这种电动机实质上是在普通电动机轴与负载轴之间增加一个电磁离合器，其传递扭矩值随电磁离合器的励磁电流的大小而变化，励磁电流是根据电动机电流进行反馈控制的。在冲击载荷时，离合器滑差增大，而电动机本身不会发热，可空载启动。这种电动机可使系统达到较好的配合，降低了抽油杆和抽油泵的故障率，延长了检泵周期，但系统节能量较小。另外电磁离合器和励磁控制系统的成本也比较寿命较低。目前，仍处于实验阶段

3.电磁滑差电动机这种电动机实质上是在普通电动机轴与负载694．永磁同步电动机与感应式电动机相比，永磁同步电动机无需励磁电流，可以显著提高功率因数，减小定子电流和定子电阻损耗，而且在正常同步运行时没有转子电阻损耗，总损耗降低，因此与同规格的感应式电动机相比，效率可提高2～8个百分点。而且永磁电动机在25%～120%额定负载范围内，均可保持较高的效率和功率因数。但启动和退磁问题仍在解决实验中4．永磁同步电动机与感应式电动机相比，永磁同步电动机无需励705．双速电动机双速电动机的结构与普通异步电动机基本相同。区别只在于定子绕组的结构不同。这种不同的绕组结构可实现电动机的倍级和非倍级变速，如6级可变为6/8级，8级可变为8/12级等。根据油井的工况变化，这种电动机可在两个不同的转速下运转，比较容易地实现抽油机井冲次的调整。使用这种双速电动机，不论在哪种极数下，抽油机不论停在什么位置，都能成功起动。当抽油机的负荷率从20%80%变化时，电机都运行在高效区。这种改变定子绕组的设计方法既适用于旧电动机改造，又适用于新电动机生产（陆梁油田应用较成功）。5．双速电动机双速电动机的结构与普通异步电动机基本相同。区716.自变功率电动机自变功率电动机是把原来电动机定子的一副绕组，变为一次和二次两副绕组；同时，在进行电动机定子绕组内部排线时，利用错槽技术使一、二次绕组的相位差为90℃。在一次绕组的容量为P1，二次绕组的容量为P2的情况下，电机的容量为P1+P2×COSφ；在未投入移相电容器时，φ的角度为90°、二次绕组只提供无功功率不提供有功功率；在投入移相电容器后，随着负荷的变化，φ角在0～60°间进行变化，从而实现电动机额定容量的自动变化，使电动机在抽油机的整个运行过程中始终处于高效运行状态。功率因数达到0.85以上，省略补偿柜，节电8%以上。6.自变功率电动机自变功率电动机是把原来电动机定子的一副72（四）抽油机节能控制器

1.可控硅调压式节能控制器2.星角转换节能控制器3.变频节能控制器（四）抽油机节能控制器1.可控硅调压式节能控制器731.可控硅调压式节能控制器电动机的转矩与电压平方成正比，这种设备可通过电力电子器件实时调整电动机定子两端的电压，以适应负载变化，改善系统配合，达到节能目的。这种设备还具有无功补偿功能，能够提高功率因数（但不太明显）。这种控制器一般在抽油机轻载时节电效果明显，重载或平衡不理想时节电效果不明显。1.可控硅调压式节能控制器电动机的转矩与电压平方成正比，这742.星角转换节能控制器当抽油机所带的负载大于或等于额定负载的1/3时，星角转换节能控制器使电动机处于△形接法，电动机定子两端的电压为380V，可满足抽油机瞬时大扭矩启动的要求以及功率利用率较大油井的正常工作要求。当抽油机负载小于1/3额定负载时，控制箱使电动机处于Y接状态，定子两端的电压为220V，由此提高电动机的负载率，提高电动机运行效率，从而减小电动机的内部损耗，达到节能目的，但在抽油机上不太适用。

2.星角转换节能控制器当抽油机所带的负载大于或等于额定负753.变频节能控制器该种装置采用闭环控制，具有温度控制、工频、变频互换、过流、过压欠压、超温、缺相、过载等保护功能，同时可以降低电动机的启动电流、降低电动机温升，通过变频调速功能和快速调整定子绕组两端的电压，实现节电功能，该方式节电率和功率因数较高，但成本较高、可靠性有待验证。3.变频节能控制器该种装置采用闭环控制，具有温度控制、工76七、机采系统监测项目与评价指标

（一）监测项目（二）评价指标七、机采系统监测项目与评价指标（一）监测项目77（一）监测项目抽油机井监测项目：1.抽油机井系统效率；2.抽油机电机功率因数；3.抽油机平衡度。潜油电泵井监测项目：1.潜油电泵井系统效率；2.潜油电泵井排量系数；3.潜油电泵井电机功率因数。（一）监测项目抽油机井监测项目：潜油电泵井监测项目：78（二）评价指标

1.抽油机井节能监测合格指标，见表1。

表1抽油机井节能监测合格指标表油井种类系统效率％平衡度L%电机功率因数稀油井≥20/（K1·K2）80≤L≤110≥0.40稠油井≥1580≤L≤110≥0.40表1中K1为油田渗透率对机采井系统效率影响系数（见表2），K2为泵挂深度对机采井系统效率影响系数（见表3）。

（二）评价指标

1.抽油机井节能监测合格指标，见表1。表79油田渗透率、泵挂深度的影响表2油田渗透率对机采井系统效率影响系数油田类型特低渗透油田低渗透油田中、高渗透油田K11.51.31.0表3泵挂深度对机采井系统效率影响系数泵挂深度<1500m1500～2500m>2500mK21.001.051.10油田渗透率、泵挂深度的影响表2油田渗透率对机采井系统802.潜油电泵井合格指标，见表4。表4潜油电泵井合格指标系统效率％排量系数％电机功率因数≥25≥70≥0.702.潜油电泵井合格指标，见表4。表4潜油电泵井合格指81谢谢大家谢谢大家82谢谢大家！谢谢大家！83机械采油井系统节能测试方法4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。5．用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。机械采油井系统节能测试方法机械采油井系统节能测试方法4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。5．用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。目次§1相关标准§2机械采油井系统分类§3抽油机采油系统简述§4机械采油井系统效率测试方法§5系统中的能量损失及各环节的能效分析§6抽油机井系统常用节能技术§7机采系统监测项目与评价指标机械采油井系统节能测试方法4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面84机械采油井系统节能测试方法课件85一、相关标准

1.SY/T5265-2019油田生产系统能耗测试和计算方法2.SY/T6275-2019石油企业节能监测综合评价方法3.SY/T6422-2019石油企业节能产品节能效果测定一、相关标准1.SY/T5265-2019油田生产系统能86二、机械采油井系统分类

1.抽油机井系统2.潜油电泵井系统二、机械采油井系统分类1.抽油机井系统871．抽油机采油系统的组成2．抽油机在采油系统中的作用3．抽油机工作的特点4．抽油机的平衡三、抽油机采油系统的简述1．抽油机采油系统的组成三、抽油机采油系统的简述881．抽油机采油系统的组成抽油机是油田普遍采用的采油装置。以目前应用最广泛的常规游梁式抽油机采油系统为例，采油系统主要由三部分组成：地面部分游梁式抽油机，由电动机、减速箱和四连杆机构(包括曲柄、连杆、横梁、游梁)、驴头和悬绳器等组成；地下部分抽油泵，悬挂在套管中油管的下端；联系地面和井下部分的中间部分抽油杆柱，由一种或几种直径的抽油杆和接箍组成。常规游梁式抽油机采油系统的组成如图1-1所示。1．抽油机采油系统的组成89图1-1常规游梁式抽油机采油系统1-电动机2-减速箱3-四连杆机构4-抽油杆柱5-油管6-套管7-抽油泵图1-1常规游梁式抽油机采油系统902．抽油机在采油系统中的作用在抽油机采油系统的三个组成部分中，不同采油系统的地下部分和中间部分的结构和工作原理基本相同，系统的主要区别在于抽油机的不同。抽油机的不同决定了抽油机采油系统的能耗状况。抽油机的作用是将电动机的旋转运动变成悬点的往复运动。根据基本工作原理，可以认为抽油机主要由以下四个系统组成，即传动减速箱系统、换向系统、平衡系统和支撑系统。由于各种抽油机的减速系统和支撑系统工作原理和结构基本相同或类似，所以抽油机的结构形式主要由换向系统和平衡系统决定。含有游梁、通过连杆机构换向的抽油机统称为游梁式抽油机；当采用不同于四连杆的机构换向、游梁变短甚至消失或采用电动机正反转换向的抽油机统称为无游梁抽油机。2．抽油机在采油系统中的作用在抽油机采油系统的三个组成部分913．抽油机工作的特点任何结构抽油机的一个工作循环，都分为上冲程和下冲程两部分。上冲程时，抽油机悬点上作用着抽油杆柱和油柱的重量、抽油杆柱和油柱的惯性载荷、振动载荷以及抽油杆与油管间、柱塞与泵筒间的摩擦力。下冲程时，悬点承受抽油杆柱在油中的重量，相应的惯性载荷以及振动载荷。抽油机悬点载荷随悬点位移的变化规律用动力示功图来表示，见图1-2。3．抽油机工作的特点任何结构抽油机的一个工作循环，都分为上冲92上死点下死点冲程Pmax悬点位移悬点载荷Pmin图1-2动力示功图上死点下死点冲程Pmax悬点位移悬点载荷Pmin图1-2934．抽油机的平衡目前，抽油机上的平衡方式主要有两类：机械平衡和气动平衡。机械平衡是在曲柄和/或游梁尾部加装平衡重。在悬点下冲程时，使得平衡重从低处抬到高处，从而增加了平衡重的位能。为了抬高平衡重，除了依靠抽油杆柱下落所放出的位能外，还需要电动机作功，以消除下冲程中电动机发电运行的现象。在悬点上冲程时，平衡重由高处下落，把下冲程时储存的位能释放出来，帮助电动机去提升抽油杆柱和油柱，从而减少了电动机在上冲程所需要给出的能量，如果平衡重或/和平衡方式选得合适，不仅可以使电动机上冲程和下冲程给出的能量相等，并且使曲柄轴扭矩值变化很小，使电动机、减速箱的载荷均匀，改善系统的工作状态，减少能耗，提高效率。

4．抽油机的平衡目前，抽油机上的平衡方式主要有两类：机械平940360°12M１－未平衡2—平衡3—理想平衡图1-3常规游梁式抽油机曲柄轴扭矩特性曲线30360°12M１－未平衡2—平衡3—理想平衡395平衡状况产生的影响抽油机平衡系统设计的成功与否，直接与抽油机的受力状况、曲柄轴净扭矩变化情况、以及电动机耗功大小、抽油机节能状况有关。平衡状况产生的影响抽油机平衡系统设计的成功与否，直接与抽油机96四、机械采油井系统效率测试方法1.测试范围2.术语定义3.测试要求4.测试仪器仪表及精度等级和测试参量5.测试方法和计算公式四、机械采油井系统效率测试方法1.测试范围97除自喷井外的各种机械采油井1.测试范围除自喷井外的各种机械采油井1.测试范围982.术语定义输入功率：拖动机械采油设备的电动机的输入功率。有效功率：将井内液体输送到地面所需要的功率。系统效率：机械采油井的有效功率与输入功率的比值。光杆功率：光杆提升液体并克服井下各种阻力所消耗的功率。地面效率：光杆功率与电动机输入功率的比值。井下效率：抽油机井的有效功率与光杆功率的比值。平均系统效率：各种机械采油井的总的平均效率。2.术语定义输入功率：拖动机械采油设备的电动机的输入功率。993.测试要求（1）测试井机泵运行正常；（2）测试仪器仪表正常并在检定合格周内；（3）检查仪器仪表连接无误后，按机械采油井的操作规程及程序进行启动。待机械采油设备运行20分钟后进行测试，应保证输入功率、油井产液量、动液面深度、油井油压和套压等主要参数同步测试。

3.测试要求（1）测试井机泵运行正常；1004.测试仪器仪表及精度要求序号仪器仪表名称测试计算参量精度等级要求1输入功率测试仪表输入功率1.52压力表油压、套压1.53动力示功仪功图、力比、减程比、冲次、冲程1.04回声仪动液面深度0.355产液量计量装置产液量5.06数字万用表上、下冲程最大电流0.37秒表时间（电度表转动、冲次）1.08求积仪示功图面积4.测试仪器仪表及精度要求序号仪器仪表名称测试计算参量精度1015.测试方法和计算公式（1）测试方法与步骤输入功率测量：采用数字式功率仪表或三相有功电度表。测量抽油机井时，采用的数字式功率仪应符合抽油机耗电原理。用三相有功电度表测量时，测试电度表转10圈所用时间，重复测3次，求其平均值。5.测试方法和计算公式（1）测试方法与步骤102

游粱式抽油机多以电动机为原动力，抽油杆的每一个上下往复运动称为一个周期（冲次）。在抽油杆向上运行的半个周期，电动机要克服抽油杆及采液的重力而做功；在抽油杆向下运行的半个周期，因抽油杆动能与平衡块的势能差，常常会出现电动机被拖动旋转的转速超过同步转速的现象，此时，电动机变为发电机向电网反输电能。因此，在抽油机运行的一个周期内，电动机根据抽油机的平衡情况，呈以下三种运行状态：重负荷——轻负荷——重负荷；重负荷——轻负荷——空载——轻负荷——重负荷；重负荷——轻负荷——空载——发电——空载——轻负荷——重负荷。对于电动机的前两种运行状态，在压缩机等机械设备中屡见不鲜，其电参数之间的关系无特别之处。对于第三种运行状态，由于呈现该运行状态的游梁式抽油机较多，且其电参数之间的关系具有特殊性。游粱式抽油机多以电动机为原动力，抽油杆的每一个103在抽油机正常的运行过程中，70%以上的抽油机井均不同程度地存在有发电状态，在这种状态下类似于异步发电机并网运行。发电机一方面由电网吸取感性无功功率建立磁场，另一方面把机械能转换为有功电能。对于其运行的电压、频率、电流、有功功率、无功功率、功率因数来讲，在整个运行过程，频率和电压取决于发电机（电动机）所连接的电网，基本保持不变；电流、无功功率虽有较大波动，电动机（发电机）由于要向电网吸取无功功率，在未进行补偿的情况下没有过零点（始终为正值）。对于有功功率和功率因数来讲，不仅变化幅度较大而且有过零点（有正负值之分）。在抽油机正常的运行过程中，70%以上的抽油机井均不同程度地存104因此，标准SY/T5264中明确提出：“数字式仪表必须负荷抽油机的耗电原理。”，否则，以功率因数为基本测量参数的仪表，会把“发电量”当作耗电来处理给测试带来较大偏差。现在，油田上一般用3166型电参数综合测试仪测试抽油机电机的电参数。这些数据中，能有效反映出电动机的输入电量、发电量、实耗电量、无功电量、视在电量等参数。因此，标准SY/T5264中明确提出：“数字式105用三相电度表测量时，公式如下P1=P1——输入功率，kW;np——有功电度表所转的圈数，r；K——电流互感器变比，常数；K1——电压互感器变比，常数；Np——有功电度表常数，r/kW·htp——有功电度表转np圈所用时间，s。用三相电度表测量时，公式如下P1=P1——输入功率，kW;106油井产液量、含水率、油压、套压、动液面深度测量油井产液量测量：连续计量3次，求其平均值。油井含水率测量：井口取样，用蒸馏或离心法测量。油井井口油管压力和套管压力测量：在井口油管和套管上分别装上压力表测其油压和套压。油井动液面深度测量：在井口上装回声仪连续测量3次，求其平均值。油井产液量、含水率、油压、套压、动液面深度测量油井产液量测量107有效功率计算公式P2——有效功率，kW;Q——油井产液量，m3/d；H——有效扬程，m；ρ——油井液体密度，t/m3；g——重力加速度，＝9.8m/s2。有效功率计算公式P2——有效功率，kW;108有效扬程H——有效扬程，m；Hd——油井动液面深度，m；p0——油管压力，MPa；pt——套管压力，MPa。有效扬程H——有效扬程，m；109油井液体密度当油井液体密度未能实际测得时，可用上式近似计算fw——含水率；ρo——油的密度，t/m3ρw——水的密度，t/m3

油井液体密度当油井液体密度未能实际测得时，可用上式近似计算110光杆功率的测量在抽油机悬绳器处装动力示功仪，测量抽油机的示功图，连续测量3次，求其平均值。

光杆功率的测量在抽油机悬绳器处装动力示功仪，测量抽油机的示功111光杆功率计算公式P3­­­——抽油机井光杆功率，kW;A——示功图的面积，mm2；Sd——示功图减程比，m/mm；fd——示功图力比，N/mm；ns——光杆实测平均冲次，min-1。光杆功率计算公式P3­­­——抽油机井光杆功率，kW;112抽油机井的地面效率

ηd——抽油机井的地面效率，%；P3——光杆功率，kW;P1——输入功率，kW。抽油机井的地面效率ηd——抽油机井的地面效率，%；113

测试正向平均有功功率P1：0.926kW、发电平均功率P2：0.308kW、感性平均无功功率Q1：3.865kvar、容性平均无功功率Q2：0kvar、功率因数λ：0.226、视在功率4.101kVA、光杆功率经计算为P光0.14kW。根据标准SY/T5264--2019的要求，抽油机的地面效率是以光杆功率除以电动机的输入功率。当采用正向平均有功功率计算时，该井的平均地面效率为：（0.14/0.926)15.1%。采用正向平均有功功率与平均发电功率的差值，即抽油机电动机实际消耗的有功功率时，该井的平均地面效率为：0.14/(0.926-0.308)22.7%。

注意测试正向平均有功功率P1：0.926kW、发电平114由此可见，当分别采用正向平均有功功率和电动机实际消耗的有功功率计算时，抽油机地面效率相差7.6个百分点。根据抽油机地面和系统效率的定义可知：应以光杆功率或有效功率除以电动机实际消耗的有功功率来计算抽油机的地面和系统效率。因此，在计算抽油机的地面、系统效率或节能量测试评价时，应以实际消耗的电量（功率）为准，若以平均输入功率（电量）进行计算，就会造成较大的误差甚至是错误的计算结果。由此可见，当分别采用正向平均有功功率和电动机实际消耗的有功功115抽油机井的井下效率

ηj——抽油机井的井下效率，%；P2——有效功率，kW；P3——光杆功率，kW。抽油机井的井下效率ηj——抽油机井的井下效率，%；116单井的系统效率

P2——有效功率P1——输入功率单井的系统效率P2——有效功率117一个区块机械采油井平均系统效率

采用输入功率加权平均法计算一个区块的平均系统效率

一个区块机械采油井平均系统效率采用输入功率加权平均法计算一118计算公式ηa——一个区块某种机械采油井平均系统效率；P1i——机械采油井系统单井输入功率，kW；ηi——机械采油井单井系统效率；n——一个区块机械采油井测试井数。计算公式ηa——一个区块某种机械采油井平均系统效率；119某种机械采油井总的输入功率

P1ti——第i种机械采油测试井总的输入功率，kW；P1tj——第i种机械采油井系统第j口井的输入功率，kW；ni——第i种机械采油井的井数。某种机械采油井总的输入功率P1ti——第i种机械采油测试井120机械采油井平均系统效率

ηm——一个区块（或厂）机械采油井平均系统效率；ηai——第i种机械采油井系统的平均效率；m——机械采油方式种数。机械采油井平均系统效率ηm——一个区块（或厂）机械采油井平121抽油机井平衡度的测量

用数字电流仪表测试抽油机井上下冲程的最大电流。抽油机井平衡度计算公式如下：L＝（I下max/I上max）×100式中：L——抽油机井平衡度,％；I下max——下冲程最大电流，A；I上max——上冲程最大电流,A。抽油机井平衡度的测量用数字电流仪表测试抽油机井上下冲程的最122五、抽油机系统中的能量损失及提高各环节的能效分析（一）能量损失（二）提高抽油机采油系统中各环节的能效分析五、抽油机系统中的能量损失及提高各环节的能效分析（一）能量损123（一）能量损失1.电动机损失2.传动带损失3.减速箱损失4.换向损失5.盘根盒损失6.抽油杆损失7.抽油泵损失8.抽油管柱损失

（一）能量损失1.电动机损失124电动机电动机功率损失，主要为能量转换损失和摩擦损失皮带减速箱换向机构盘根盒管柱抽油泵抽油杆柱抽油机采油系统输入功率抽油机采油系统有效功率带传动功率损失，主要为摩擦损失减速箱功率损失，主要为摩擦损失换向机构功率损失，主要为相对运动件间摩擦损失盘根盒功率损失，主要是光杆与盘根间的摩擦损失抽油杆柱功率损失，主要是杆与管、杆与井液间的摩擦损失。抽油泵功率损失，主要是容积损失和水力损失管柱功率损失，主要为水力损失和漏失图1-4抽油机采油系统能量传递与损失示意图电动机电动机功率损失，主要为能量转换损失和摩擦损失皮带减速箱125（二）提高抽油机采油系统中各环节的能效分析

1.电动机如果电动机运行在额定负荷或额定负荷附近，则电动机属于节能经济运行。但多数抽油机(尤其是常规游梁式抽油机)在工作过程中，为满足启动或最大功率点的要求，其电动机的平均输出功率与额定输出功率之比通常为0.3～0.4，有的甚至更低。因此在一个冲程中的大多数时间里电动机处于轻载运行，即所谓“大马拉小车”的情况，其效率和功率因数都很低，这就造成较大的能量损失。从现场实测看，有些电动机平均效率只有60%～70%，与普通异步电动机的额定效率90%95%相比，提高效率潜力较大。（二）提高抽油机采油系统中各环节的能效分析1.电动机126效率%负载率%国家标准规定：当电动机的负载率低于40%时应进行改造或更换效率%负载率%国家标准规定：127油田电动机节能主要分为四个方面(1)人为地改变电动机的机械特性，以实现与负荷特性的柔性配合，从而提高系统效率，实现节能。这种方法主要是采用变频调速的方法。(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)，从而改善电动机与机、杆、泵整个系统的配合，减少系统能耗。(3)研制高效节能电动机，扩大高效区范围，提高电动机效率，降低装机功率，从而减少电动机损失。(4)采用节能型抽油机电动机控制装置，这种电动机控制装置除具有一般控制箱的基本功能外，可根据电动机的运行情况，动态调节电动机的电压或进行无功补偿，降低电动机损失。

油田电动机节能主要分为四个方面(1)人为地改变电动机的机1282.带传动工程上常用的皮带的传动效率都比较高，最高可达98%，即其传动损失仅为2%。20世纪80年代末在大庆油田进行的一些试验证明，在抽油机上使用窄V联组带较之使用其它类型的皮带，损失最小。这种带传动动力大，摩擦损失小，滑差率小，丢转少，传动效率最高达98%，并且带轮直径和宽度都明显减小。经现场实测，使用这种传动带比使用普通三角带平均可节电2.5%。因此，在我国现有技术条件下，带传动部分效率的提高潜力已很小。2.带传动工程上常用的皮带的传动效率都比较高，最高可达981293.减速箱主要包括轴承和齿轮的摩擦损失。对于减速箱，核心问题是润滑，如果润滑效果差，不仅使能耗增加，而且使轴承和齿轮很快磨损，因此要保证减速箱内轴承和齿轮的润滑。如果润滑良好，减速箱的总损失约为9%10%，即传动效率为90%左右。从工程角度上看，这基本是目前大功率减速器传动效率的最高值。因此，在管理和维护措施得当的条件下，减速箱的效率不会有大的提高。3.减速箱主要包括轴承和齿轮的摩擦损失。对于减速箱，核心1304.换向及平衡对于游梁式抽油机，换向部分主要是四连杆机构或其变形。对于无游梁抽油机，换向机构主要是天轮、滚筒或链条等。该部分的主要损失是相对运动件间的摩擦损失以及钢丝绳的变形损失。如果润滑保养良好，该部分的传动效率一般可达95%，在换向机构一定的情况下，该部分的效率不会有大的提高。近年来出现了许多抽油机的平衡方式，如游梁偏置平衡、悬重偏置游梁复合平衡、下偏杠铃型游梁复合平衡、摆杆式游梁抽油机的复合平衡、调径变矩纯下偏平衡等。采用这些平衡方式能不同程度地改善曲柄轴净扭矩曲线，降低曲柄轴扭矩的峰值，减小扭矩曲线的波动。国内外的理论研究和测试结果表明，如果以抽油机的能耗最小为抽油机平衡最佳的判断准则，则上下冲程的峰值扭矩不一定相等，调平衡时，需要按照能耗最小的原则，通过计算或测试得出最佳平衡重的调整点。实践证明，通过合理的调整平衡，每口油井可节约有功功率0.31.5kW，平均节电0.5kW，节电效果显著。每口井都有节电的平衡度最佳点，一般调在90%最为经济。4.换向及平衡对于游梁式抽油机，换向部分主要是四连杆机构1315.盘根盒该部分的损失主要是摩擦损失，该项损失与抽油机的安装情况、光杆的表面加工质量、盘根的松紧和密封材料有密切关系。现场试验表明，使用标准光杆和密封性能好的调心石墨盘根盒，能较大幅度地减小摩擦力和功率损耗。管理与维护正常的情况下，盘根盒部分能量损失很小，因此提高能效的潜力不大。

5.盘根盒该部分的损失主要是摩擦损失，该项损失与抽油机的1326.抽油杆柱主要为摩擦与应变损失。与下泵深度、井液粘度、抽油杆运动速度、油井本身的斜度和弯曲程度有关。对于井液粘度大的油井，可采用长冲程、低冲次的工况降低抽油杆的运动速度；可采用降低井液粘度的措施，如注蒸汽、掺稀油、应用电加热抽油杆等，以降低抽油杆柱与液柱之间的摩擦力。对于井斜或井筒弯曲程度较大的油井，可在抽油杆柱上加装扶正器或滚轮接箍，以减少杆管之间的摩擦损耗。6.抽油杆柱主要为摩擦与应变损失。与下泵深度、井液粘度、1337.抽油泵抽油泵的损失中，容积损失和水力损失占主要部分。通过优选柱塞泵筒间的间隙，在不增加柱塞泵筒摩擦力的条件下，减小液体漏失量。采用耐磨耐冲击、开关性能好、水力损失小的阀球及阀座，可减小由于泵阀损坏或由于开关不及时而引起的漏失和减小水力阻力，从而降低抽油泵部分的能耗。

7.抽油泵抽油泵的损失中，容积损失和水力损失占主要部分。通1348.管柱管柱损失由管柱的容积损失和水力损失两部分组成。在油管螺纹处加装密封件以保证油管的密封，在起下油管柱时严格按规程操作减少或消除螺纹的损坏，则可降低管柱漏失量，从而降低容积损失值。管柱的水力损失与管柱内表面的粗糙度成正比，与井液的向上流动速度的平方成正比。对于井液腐蚀性较强或/和易结垢的油井，应对油管采取防腐和/或防结垢措施，防止油管内壁变粗糙。在选择抽汲参数时，应尽量使用大泵径、长冲程、低冲次，以降低液体向上流动速度。8.管柱管柱损失由管柱的容积损失和水力损失两部分组成。135结论由上面的分析可知，在抽油机采油系统中，电动机和平衡部分提高能效的潜力较大，是系统节能研究的主要方向。

结论由上面的分析可知，在抽油机采油系统中，电动机和平衡部分提136六、抽油机系统常用节能技术

（一）抽油机采油系统的节能机理

（二）节能抽油机(不包括电动机)及其节能原理六、抽油机系统常用节能技术（一）抽油机采油系统的节能机理137（一）抽油机采油系统的节能机理

供给抽油机举升液体的能量主要消耗在三个方面：一是举升液体所做的有效功二是克服摩擦阻力所做的功三是消耗于热损失的功通常情况下，如果要举升的井液量、举升高度和井况一定，举升液体所作的有效功基本不变。在整个抽油机采油系统中，变化幅度较大的是消耗于热损失的功，这也是系统节能的着眼点。（一）抽油机采油系统的节能机理供给抽油机举升液体的能量主要138从以下四方面来评价抽油机的节能性能1．抽油机本身动力性能及井况所决定的悬点载荷，即动力示功图2．由平衡性能所决定的曲柄轴净扭矩3．抽油机电动机的拖动特性、负荷率等4．功率因数补偿、变频、调压等电控技术

从以下四方面来评价抽油机的节能性能1．抽油机本身动力性能及139（二）节能抽油机(不包括电动机)

及其节能原理

1.异相曲柄复合平衡抽油机2.双驴头抽油机3.曲游梁抽油机4.摆杆式游梁抽油机5.偏轮式游梁抽油机6.下偏杠铃游梁复合平衡抽油机7.调径变矩游梁平衡抽油机8.渐开线异形抽油机（二）节能抽油机(不包括电动机)

及其节能原理1.异相曲柄1401.异相曲柄复合平衡抽油机该种抽油机适用于低冲程且冲次比较高的油井。图2－1异相曲柄复合平衡抽油机1.异相曲柄复合平衡抽油机该种抽油机适用于低冲程且冲次1412.双驴头抽油机该种类型抽油机结构简单，性能可靠，易操作管理，节能效果良好，比较适用于长冲程低冲次的油井，是目前国内油田首选的节能型抽油机图2-2双驴头抽油机结构简图1.电动机2刹车机构3.减速器4.曲柄平衡重5.连杆6.横梁7.柔性绳8.变径后驴头9.游梁10.前驴头11.悬绳12.支架13.底座.2.双驴头抽油机该种类型抽油机结构简单，性能可靠，易操作管1423.曲游梁抽油机曲游梁抽油机运动特性与常规游梁抽油机相当，而可靠性、动力性能比常规机优越，适于在中等冲程，中、低冲次的工况条件下应用123654789图2-3曲游梁抽油机结构简图1.电动机2.减速箱3.曲柄4.游梁平衡重5.游梁6.连杆7.驴头8.支架9.底座3.曲游梁抽油机曲游梁抽油机运动特性与常规游梁抽油机相当1434.摆杆式游梁抽油机与常规游梁式抽油机相比，摆杆式游梁抽油机适合大负荷、长冲程，但不适合高冲次工况。一般冲次不宜超过6次/分

图2-4摆杆式抽油机结构简图1.驴头2.游梁3.游梁支承4.支架5.横梁6.连杆7.减速器8.平衡重9.摆杆10.平衡板11.电动机装置12.刹车13.底座14.摆杆支承轴15.悬绳器.4.摆杆式游梁抽油机与常规游梁式抽油机相比，摆杆式游梁抽1445.偏轮式游梁抽油机这种抽油机结构紧凑,动载荷小,运转平稳,曲柄轴净扭矩波动平缓，波动幅度远小于常规机，电动机容量降低。该机的运动、动力性能均优于常规机图2-5偏轮式游梁式抽油机结构示意图1.悬绳器2.钢丝绳3.驴头4.游梁5.支座6.操纵杆7.横梁8.偏轮9.连杆10.曲柄销11.减速箱12.刹车13.电动机14.底座15.曲柄16.支架5.偏轮式游梁抽油机这种抽油机结构紧凑,动载荷小,运转平1456.下偏杠铃游梁复合平衡抽油机该技术既可用于新机制造，又可用于对大量现场在用的常规抽油机进行节能改造。改造后提高了整机在生产中的承载能力，能够适应油井在不同生产阶段的产能变化规律，节能改造技术简单易行，这种抽油机的应用范围与常规抽油机相同图2－6(内插式)下偏杠铃游梁复合平衡抽油机1.常规机2.原机配重3.下偏体4.配重5.调节孔图2－7(外翘式)下偏杠铃游梁复合平衡抽油机1.常规机2.支座3.下偏体4.调整块5.配重6.调节孔6.下偏杠铃游梁复合平衡抽油机该技术既可用于新机制造，又可1467.调径变矩游梁平衡抽油机该机具有结构简单、整机重量轻、运行电流平缓、节能效果显著、制造成本低、调参容易等优点。该种抽油机与常规抽油机的适用范围相同，但冲次一般不宜超过6冲/分图2－8调径变矩游梁平衡抽油机1．驴头2.游梁3.吊臂4.配重箱5.电动机6.支架7.减速器8.底座9.曲柄10.连杆11.横梁7.调径变矩游梁平衡抽油机该机具有结构简单、整机重量轻、1478.渐开线异形抽油机渐开线异形抽油机结构简单，运行可靠，净扭矩值小，电机配置减小，节能效果好，系统效率高，调参方便，操作维护管理难度小。该机在结构上舍弃了游梁，取消了横梁、连杆，避免在光杆断脱或滞后出现横梁撞击支架，造成支架与横梁破坏，消除了事故隐患。8.渐开线异形抽油机渐开线