节能控制技术在游梁式抽油机中的应用

节能控制技术在游梁式抽油机中的应用

王云梅

长庆油田分公司第一采油厂   陕西省  延安市   751500

摘要：抽油机是油田采油必不可少的重要设备，根据数据统计抽油机井在油田生产中所产生的用电量占采油整体用电的30%以上。近年来，随着国家大力倡导节能减排，建设资源节约型社会，对于油田企业的能耗提出了更为严格的要求，为了进一步提高采油效率，降低游梁式抽油机的运行能耗，必须要将节能控制技术积极应用到游梁式抽油机当中，制定科学合理的节能方案，在提高游梁式抽油机生产力的基础上降低能耗，为油田企业的节能降耗奠定良好基础。

关键词：节能控制技术；游梁式抽油机；应用

1游梁式抽油机结构

目前国内最为常见的节能型游梁式抽油机主要有：双驴头型游梁式抽油机、下偏复合平衡型游梁式抽油机以及电缸驱动型游梁式抽油机。

双驴头型游梁式抽油机是在常规型游梁式抽油机的基础上，通过优化四连杆机构，对变径圆弧游梁后臂、横梁与游梁之间采用柔性连接件。它是利用四连杆机构来控制电动机扭矩按照正弦波波动，在正弦波的波动下能够达到电动机的节能降耗目的。

下偏复合平衡型游梁式抽油机也是采用四连杆机构，它将游梁偏置平衡重心的运动轨迹呈现为圆弧形，当重心位于回转中心水平线上时力矩最大，处于回转中心垂直线上时力矩最小，这样就能够有效改变峰值扭矩，从而通过降低电动机扭矩波动来提高电动机的效率。

电缸驱动型游梁式抽油机则是一种去除四连杆机构，采用电缸驱动方式、降低悬点峰值载荷、减小装机容量的新型节能型游梁式抽油机。它主要由驱动电缸、安全装置、控制箱以及后配重机构组成。驱动电缸由伺服电动机、滚珠丝杠以及其他连接件组成，采用闭环控制，运行平稳、定位精确。后配重机构包括后接游梁、后配重以及配重驱动电缸，后配重通过驱动电缸可以在后接游梁上前后移动。

电缸驱动游梁式抽油机控制系统原理：抽油机的运行参数根据油井的情况进行设定并输入至PLC，PLC结合传感器的数据与内部程序计算伺服电动机的各种运行参数并输出到伺服电动机控制器上，伺服电动机及其控制器根据PLC参数开始运行，从而驱动电缸运行来带动抽油机运转。

2能耗影响因素

影响游梁式抽油机能耗因素主要分为井下能耗和地面能耗两种。影响井下能耗的主要因素为：冲程损失、抽油杆与油管的偏磨等。影响地面能耗的主要因素为：抽油机四连杆机构、减速箱、电动机、皮带传动等相关设备的能耗。具体来说就是传统游梁式抽油机在运行过程中由于转矩脉动大、电动机负荷率低、传动效率低、倒发电严重等，从而损失大量能耗，直接增加了运行成本。平衡度是影响抽油机系统效率的重要因素之一，提高抽油机平衡度，可以保证抽油机的稳定运行，还能够起到节能降耗的作用。

3节能控制技术在游梁式抽油机中的具体应用

3.1应用稀土永磁同步电机

稀土永磁同步电机是目前在游梁式抽油机中比较常用的一种非调参型节能电机，这种非调参型节能电机应用了效率更高、更加满足游梁式抽油机的运行要求的电机，可以在不改变游梁式抽油机的部分运行参数的情况下提高游梁式抽油机的运行效率，从而达到降低运行能耗的目的。就非调参型节能电机中最为常见的稀土永磁同步电机而言，这种电机的转子是由稀土永磁材料与起动鼠笼共同组成的，相较于一般的电机而言，这种电机的能耗更小、功率因数更大，因此在游梁式抽油机中的节能效果也更加理想。但是值得注意的是，在游梁式抽油机中运用稀土永磁同步电机会消耗较大的电流，在启动电机时还容易引起转矩振动的问题，这就使得稀土永磁同步电机的造价相对较高，且电机运行中容易出现退磁的问题，这也是稀土永磁同步电机在应用中的短板。

3.2应用电磁滑差电机

电磁滑差电机与一般电机相比在结构上具有较大的差异，具体体现为在电机滑差电机当中，电机轴与负载轴之间会比一般电机多安装一个电磁离合器，电磁离合器可以产生励磁作用，而励磁作用通过带动传递扭矩可以影响电流，在电流的影响下降低电机的能耗。通过将电磁滑差电机应用于游梁式抽油机中，可以利用电磁滑差电机的控制系统对励磁电流进行控制，如果电磁滑差电机所承受的冲击荷载较大，离合器的滑差就会相应增加，此时电机与控制系统可以更好地实现配合，从而发挥出平滑调速的作用。在电磁滑差电机当中，产生较大能耗的部分是滑差和励磁作用所产生的损耗，这就使得电磁滑差电机的整体造价相对较高，但是电磁滑差电机在解决低冲饮的问题方面发挥出了较大的优势和作用。

3.3应用双功率电机

双功率电机的定子绕组形式是一个串联的并带有抽头的绕组，这也是双功率电机与一般的电机相比最大的差别。在目前所应用的双功率电机当中，定子工作的功率由一定的差异，在双功率电机的控制柜当中，包含了一个电流测电路，电流测电路可以对绕组进行自动化的切换和控制，在启动电机时可以加大功率，而在电机运行时则可以将功率切换至较小的范围。双功率电机的造价与一般电机而言相差不大，通过技术改造可以发挥出比较理想的节能效果。

3.4应用超高转差电机

超高转差电机也是非调参型节能电机的一种，这种电机与市面上常见的异步电机在结构上存在较大的相似性，都是通过调整转子的电阻将电机的转差率进行改变，从而达到控制转速、节约能耗的目的。在游梁式抽油机中应用超高转差电机，将游梁式抽油机的装机容量进行优化，使用容量较小的超高转差电机取代传统的电机，可以进一步控制游梁式电机在运行中损耗的固定功率；同时，超高转差电机中的高阻转子具有软特性，当电机运行中的冲击荷载发生不同的变化时，转子的转速也能够灵活进行调节，使得减速机、电阻之间的扭矩呈现平稳的趋势，从而优化电机、抽油杆和抽油泵之间的配合，提高抽油泵的效能，增加抽油量，达到降低能耗，扩大产能的效果。但值得注意的是，超高转差电机在运行过程中对游梁式抽油机的运行环境具有一定的要求，当抽油机设备的运行负载较大时节能效果较好，而负荷较轻时节能效果则会受到一定影响，因此在使用超高转差电机时应当考虑到这一问题。

3.5对低产油井采用间抽的生产方式

针对产能较低的油井，间抽的采油方式是比较有效的节电方式，通过不断开井和关井的操作，可以有效提高抽油机井采油设备的运行效率，提高油泵的排量，达到降低油耗、节约生产成本的效果。此外，在游梁式抽油机的运行过程中，根据抽油机的负荷情况应用断续供电技术，当抽油机空载运行时可以切断电路，而需要抽油机输出功率时则可以快速接通电源，在这种情况下可以更加合理的利用电能，降低电能的损耗，并且采用这种技术还可以控制接入电源对系统造成的冲击，提高节能效果。影响断续供电节能技术的应用效果的主要原因就是电机的通电与断电时产生的冲击功率。因此，油田企业需要结合实际情况，经过反复的实验摸索出最为科学合理的间抽时间，发挥出抽油机井采油系统最大的节电潜能，对采油方式进行优化。

结束语：游梁式抽油机是目前油田开发中常用的抽油机设备，通过将节能控制技术应用于游梁式抽油机中，可以提高抽油机的性能，降低能耗，达到节能目标。在我国大力倡导节能减排的背景下，为推动碳达峰、碳中和目标的实现奠定了良好基础。

参考文献：

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