游梁式抽油机使用中的节能问题分析

2022-09-11

游梁式抽油机是油田最重要的机采地面设备, 从其诞生到现在近200年中, 无论是国内油田还是国外油田, 其都在人工举升采油设备方面占有绝对主力地位。且具有结构简单、皮实耐用的优点, 这也是其长盛不衰的主要原因, 但其也具有钢材消耗量大、能耗高等缺点。我国现有数十万台不同型号的游梁式抽油机在役, 以延长油田为例, 截止2008年10月底就有6万多台抽油机昼夜工作, 每年能耗在10亿k W·h以上, 采油电费支出超过了在6亿元/年。因此研究游梁式抽油机使用中的节能问题, 对于节能降耗、提高油田的经济效益具有重要的意义。

1 选用节能型游梁式抽油机[1~2]

近20多年来, 随着计算机技术的迅猛发展和优化设计理论的应用, 广大石油科技工作者通过对常规游梁式抽油机的深入分析和细致研究, 从结构改形入手, 以驴头悬点上冲程的最大加速度最小为目标函数;或以悬点上冲程最大扭矩因数最小为目标函数;或以曲柄均方根扭矩最小为目标函数;或以整机耗能最少为目标函数, 先后设计出了多种节能型游梁式抽油机。经过市场的大浪淘沙, 异相曲柄平衡抽油机、特形双驴头抽油机、下偏杠铃游梁复合平衡抽油机、调径变矩游梁平衡抽油机得到了国内油田的广泛认可和大面积推广, 使用表明其和常规游梁式抽油机相比具有一定的节能效果。延长油田除Ⅱ型和Ⅱ型半抽油机以外, 均使用以上四种节能型抽油机。

2 定期调校抽油机的平衡

平衡是游梁式抽油机节能的核心的问题, 也是抽油机现场使用中要经常调校的项目之一。无论对于游梁平衡、曲柄平衡、复合平衡还是气动平衡, 平衡原理是一样的, 即下冲程时, 以某种方式把抽油杆柱所放出的能量和电动机所给出的能量储存起来, 到上冲程时再放出来帮助电动机做功。在理想平衡状态下, 电动机提供的动力仅用于提起一半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, 因此在现场使用中要十分重视抽油机的平衡问题。由于抽油载荷每时每刻都在变化 (既有周期性变化, 也有无规律变化) , 而平衡配重不可能和抽油载荷作完全一致的变化, 因此抽油机只能作到近似平衡。由于现场情况的复杂性和认识的不足, 一些采油厂不重视抽油机的平衡调节, 因此现场使用中的抽油机平衡率普遍偏低。2007年笔者利用野外设备大检查之际, 抽查了延长油田23个采油厂196部游梁式抽油机的平衡状态, 抽检结果表明平衡达标率仅为17%, 可见抽油机不平衡问题十分严重。

延长油田由于其地层特点, 油井投产初期, 产液量较大, 一般从数立方米到数十立方米, 甚至一百多立方米, 但递减较快。新投用的抽油机, 初期即使经过严格的平衡调节, 在投用一周或数周后检查, 平衡偏离率很大, 出现严重的过平衡现象;一些区域油井由于结蜡, 井下负荷加重, 使用一段时间后发现抽油机平衡严重不足。因此在现场使用中要正确认识抽油机的平衡问题, 要认识到抽油机的平衡是一个动态的问题, 要定期检查和调校, 使抽油机尽可能保持在最佳平衡状态, 才能达到最佳的节能效果。

3 注重现场管理和维护

抽油机是野外无人值守长期运转的设备, 工作条件十分恶劣, 现场管理的好与坏直接关系抽油机采油系统的负荷。第一, 在日常运行中要特别注意一些关键点的检查调整, 如抽油机光杆和井口的对中, 对中良好的抽油机井口除盘根磨损大大减轻外, 也由于井口摩擦力的减小而大大减轻抽油机的负荷, 从而起到节能的目的;第二, 要注意一些运动部件和联接件的调整和润滑, 如驴头绳要悬挂得当, 避免驴头绳“咬帮”, 支架轴承、横梁轴承、连杆轴承要定期润滑, 防止缺油。对减速器要特别防止润滑油超量, 过多的润滑油会加重减速器齿轮的运转, 造成减速器自身功耗加剧;大小皮带轮端面要在同一平面内, 避免造成电机-减速器联接皮带扭曲现象, 以利于电机功率的平稳传递和延长皮带寿命, 同时要注意皮带和皮带槽形的一致。按照抽油机的安装标准和“十字作业法”加强抽油机的日常管理和维护, 除了可延长抽油机的寿命外, 也是降低其自身功耗的一个重要途径。

4 合理选择拖动装置功率

合理选择拖动装置功率, 即要防止“大马拉小车”, 也要防止“小马拉大车”。由于抽油机的悬点载荷和扭矩变化很复杂, 要精确计算出拖动装置的功率比较困难, 目前还没有精确计算的公式, 主要是用一些经验公式或API的一些计算方法。以国内常用的公式Nr=0.6Mmaxn/ (9549μ) 而言, 由于计算减速器曲柄轴最大扭矩Mmax的经验公式Mmax=1800S+0.202S (Pmax-Pmin) 中最大悬点载荷Pmax和最小悬点载荷Pmin计算方法较多, 计算误差也较大, 国内有研究者曾对我国某油田的6口油井的悬点载荷用电阻仪进行了准确的实际测量, 并且用常用的5个公式进行了计算, 发现不同的公式计算结果差别较大, 最大误差达+13.4%[3]。当然并不是说这些公式不能用, 关键是要选用针对油田的具体情况, 选择切合本油田实际的计算公式作为拖动装置功率的计算公式。

5 采用间隙抽油方式, 避免空抽

延长油田经过一百多年的开发, 目前已进入稳产期, 且由于鄂尔多斯盆地的地层特点, 单井产液量普遍低, 平均在0.30~5.00m3/d, 如以普遍使用φ38mm抽油泵, 排量按14m3/d (理论值的最小值) 而言, 每天的出液时间最多不超过8.6h, 最少仅0.51h。如全公司80%的油井实际开井时间平均每天能减少1h, 按每部抽油机装机功率10k W计算, 全公司每年可节电1.8亿kw·h, 节约成本1亿元以上。

6 结语

抽油机看似简单, 但是因其数量庞大, 野外无人值守的特点和井下情况的复杂性以及研究不够深入、管理维护的不到位等原因, 造成大量的抽油机不能工作在最佳节能状态, 在我国油田采油综合能耗中抽油机耗能占相当大的比例。因此研究游梁式抽油机的节能问题并采取行之有效的节能手段是油田应对金融危机, 提高经济效益的重要方法。

摘要：游梁式抽油机具有结构简单、皮实耐用的优点, 无论是国内油田还是国外油田都在人工举升采油设备方面占有绝对主力地位, 但是也有钢材消耗量大、能耗高等缺点。研究了游梁式抽油机使用中的节能问题, 对于节能降耗, 提高油田的经济效益具有重要的意义。

关键词：抽油机,节能降耗,应用分析