节能抽油机与节能电机优化选配的思考

节能抽油机与节能电机优化选配的思考

闫世伟

塔里木油田分公司油气生产技术部新疆库尔勒市841000

摘要：随着我国国民经济的不断进步，科学技术不断发展，节能抽油机、节能电机的种类日益增加，为油田采油方案编制提供了多种选择，亟需找到一种节能抽油机和节能电机优化选配的科学方方法，优化采油方案设计。基于此，本文从抽油系统整体性入手，提出了日耗电量最小的优化选配方案，研究了选配仿真软件。同时，通过现场实验与实例应用确定本软件在节能设备选配上有着很高的适用性和正确性。

关键词：能抽油机；节能电机；选配仿真软件

引言

随着油田生产工作的逐步展开，节能降耗需求日益增强，节能抽油机、节能电机等节能设备的使用量越来越多，很好满足了油田生产节能降耗要求，显著降低生产成本。与此同时，多类型、多样化的节能设备选择也增加了采油方案编制难度，要求技术人员结合实际情况合理选用节能设备，保证抽油系统的整体性。为此，下面基于日耗电量最小原则，提出了节能设备选配方法和仿真软件。

1节能抽油机和节能电机优化选配方法

目前，市场上常见的节能抽油机主要有四种类型，分别为偏置式、双驴头式、弯游梁式、下偏杠铃式。节能电机主要包括中稀土永磁同步电机、司达中转差率电机、双宿双功率电机等。由于节能抽油机和节能电机种类的多样性，为了做好抽油机和电机的优化选配工作，下面分析了曲柄变角速度时的抽油机与电机之间的耦合关系。首先，设定两个假设条件，分别为：第一，供电频率、供电电压都是常数；第二，电动机转子到减速箱曲柄轴各传动副的间隙与传动件的弹性变形不做考虑。然后，基于以上两个假设条件进行具体分析。以假设条件为前提，此时电机转子到减速箱输出轴的传动装置的传动比是恒定的，若能确定曲柄运动规律，电机转子的运动规律也会确定，所以只要研究曲柄的运动规律就可以发现抽油机与电动机的耦合关系。

2节能设备选配仿真软件及框架结构

基于抽油机和电机之间的耦合关系，利用计算机、仿真技术等技术手段建立仿真的有杆抽油系统。本系统包括电机系统、抽油机系统、井况系统等。针对各系统的仿真模型，利用数值分析法对连续变量进行离散化处理，求解模型，并输出图表形式的结果。本仿真软件系统结构包括数据库、计算程序、数据处理、软件帮助等部分。数据库，主要用于存储抽油机、电机相关的参数。计算程序，主要用于电机日耗电量、抽油机运动参数、电机输入电流、减速起输出净扭矩等。数据处理，主要负责计算结果的输出工作，如输出抽油机运动参数曲线、日耗电量曲线等。软件帮助，主要负责系统软件功能介绍等工作。

3现场实验与实例应用

3.1现场实验

3.1.1测试流程

具体流程：第一，准备实验设备，包括测试仪、压力计、抽油机等；第二，实验开始后和结束前，对稳定工况下的参数进行测量，并做好记录工作，输出结果。输出数据包括两次实测示功图、瞬时功率因数曲线、瞬时输入功率曲线；第三，将实测数据与仿真数据进行对比分析。具体测试过程中，必须确保抽油机工作处于稳定状态。如果抽油机停工了一段时间，开机后不能立即测量，否则难以保证测量数据的可靠性。此外，抽油系统电压波动比较大时也不能测量，因为这种情况下测得数据也不可靠。测试时，各测试点必须同步测试，可保证测试数据准确。除了以上两个方面外，还要注意抽油机工作周期，要确保测试时间间距与工作周期保持一致，利于提高测试结果的准确性。

3.1.2数据对比

完成数据测试工作后，将测试结果与仿真结果进行对比，以此为依据校验仿真软件，以保证仿真选配软件工作的可靠性和优化性。现选某油田三口生产井，分别为1#、2#、3#，对比分析实测示功图与仿真示功图。经过对比分析，得出以下结果：第一，1#井的悬点载荷上冲程实测值、下冲程实测值均大于理论值。而且，冲次较高时，悬点载荷中最值误差越大。经分析，是因为没有考虑摩擦载荷因数而造成误差的。第二，2#井的悬点载荷上冲程实测值和理论值接近，下冲程实测值与实测值存在较大的偏差。针对以上两种情况，提出悬点载荷最值的校正系数。其中，上冲程增大10%悬点载荷，下冲程减少10%悬点载荷。根据测量结果与分析情况，了解到冲程、冲次、井液平均动力粘度、泵径等参数对悬点载荷都有一定影响，不能只考虑惯性载荷、静载荷等几种情况，还要考虑影响悬点载荷的因数，确保理论值与实测值相吻合。

3.2实例应用

抽油机和电机仿真匹配软件校验后，节能设备选配的具体工作中就可以应用这一仿真软件。选配时，分为以下两个步骤，具体内容：第一步：不同抽油机与相同电机匹配时，确定哪一种抽油机适合井况。这里拟选的抽油机型号有CYJSS-3-37HB、CYJYS-3-37HB、PCYJS-3-26HF。选配时，先输入各型设备的参数，并确保电机型号保持不变。然后，通过仿真软件得出每一种型号抽油机的减速器净扭矩曲线图。结合扭矩曲线图可知，CYJYS-3-37HB的扭矩最小，节能效果最好，建议选用这种型号的抽油机。第二步：不同电机与相同抽油机匹配时，确定哪一种电机适合抽油机。经过第一步后，已经确定CYJYS-3-37HB型号的抽油机适合井况生产条件，接下来的工作是确定哪一种电机适合该型号抽油机。首先，先输入中稀土永磁同步电机的参数，利用仿真软件的计算和输出功能得到抽油机的净扭矩曲线和理论示功图。通过分析净扭矩曲线等数据可知，最大净扭矩值、平衡块重心都集中在曲柄上。然后，更换电机机型再，输入司达中转差率电机和双宿双功率电机，得出以上两种机型电机的净扭矩曲线和理论示功图。最后，利用仿真软件对两种机型电机与抽油机匹配时的日耗电量数据进行计算，并输出具体的曲线图。对各电机日耗电量曲线图进行分析后，发现随着电机功率的逐渐加大，三种电机的日耗电量都逐渐加大，但是中稀土永磁同步电机耗能最小、节能结果最好。

4新型节能抽油机的发展趋势

新型节能抽油机的发展趋势主要表现在以下几方面：（1）品种多样化随着国家政策的宏观调控，新型科学技术的发展，国内油田现场的现实需要，经过广大抽油机工程师的努力，我国的新型节能抽油机的品种必将逐步增多，采用现代设计方法（如可靠性设计、优化设计、计算机辅助仿真分析等）设计的各种新型节能抽油机必将大有发展。（2）产品进一步系列化、标准化、通用化，并逐步向API靠拢伴随着研究抽油机等产品的科研院所和诸多抽油机制造公司企业的努力，国内节能抽油机已经逐步从形式试验进而转入到量产阶段，并逐步向系列化、标准化、通用化方向发展。为使国产抽油机打入国际市场，还将积极向API靠拢，为出口创造有利的条件。（3）把着力提高抽油机的节能效果作为新型节能抽油机研制的主攻方向比如进一步改进抽油机结构、采用节能驱动设备、采用节能控制装置、采用节能元器件、改进平衡方式、改进三抽系统部件性能等。（4）提高抽油机可靠性、降低维护难度由于抽油机长年累月在荒野环境下作业，在恶劣的环境下连续运转，因此，如何进一步提高抽油机的整机质量水平，把提高抽油机连续性工作的可靠性、耐用性与良好的工作性能并重来进行研究，是新型节能抽油机发展的重要方向。并且，新型节能抽油机还应满足结构简单、易损件少、操作维护方便的特点。

结语

综上所述，本文从节能降耗角度入手，基于日耗电量最小原则研究了节能抽油机和节能设备的优化选配方法和仿真软件。其中，仿真软件包括数据库、计算程序、数据处理、软件帮助等部分。经现场校验后，进一步提高了本仿真软件的可靠性和准确性，使其可应用于工作实践。实例应用过程中，将本仿真软件应用于节能设备选配的具体工作，分两个步骤得出节能抽油机与节能电机的优化选配结果，确保抽油系统节能降耗效果，真正适应井况并满足采油工作实际要求，提升生产效益，实现生产经营目标。

参考文献

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