游梁式抽油机下偏杠铃的节能技术改造

杨晓红（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

大庆油田抽油机井约3.5 万多口，大部分为常规型游梁式抽油机，约占抽油机装机总量的49.6%，喇嘛甸油田共有常规游梁式抽油机1051台，常规抽油机虽然结构简单，但在其运转过程中有能耗大的缺点，且时常出现“大马拉小车”现象。直接对游梁式抽油机进行更换，费用高、投资大。为适应油田低耗高效开发、节能降耗的需要，我们开展了常规抽油机改下偏杠铃游梁复合平衡技术研究工作，以达到抽油机节能降耗的目的。

1 国内外相关技术现状及发展趋势

1.1 国外抽油机的现状和发展趋势

目前国外抽油机总的发展趋势是：超大负荷、长冲程、低冲速；精确平衡；自动化、智能化；节能、高适应性。游梁式抽油机经过多年的发展，产品的系列化、标准化和通用化程度日益提高，各种节能机型得到了普遍推广，抽油机自动化控制系统也被广泛使用，为适应各种具体抽油条件的需要，研制应用了液压缸式抽油机、低冲速长冲程抽油机、紧凑型抽油机、增大冲程游梁抽油机、双井平衡抽油机、双驴头抽油机、斜井及丛式井抽油机、低矮型抽油机等。 国外研制了多种节能抽油机，主要有异相曲柄平衡抽油机、前置式抽油机、美国Baldor 电气公司生产的高转差率电动机驱动的抽油机、美国Lowjack 低矮型抽油机，此外还有旋转驴头式长冲程抽油机等[1]。

1.2 国内抽油机的现状和发展趋势

近年来，国内的抽油机技术有了很大的进展，有多种新型抽油机投入了现场应用。从发展趋势看有以下一些特点：

1）节能已经成为对抽油机生产和改造的基本要求。目前，我国陆上油田大多数已经进入中后期开发阶段，随着原油含水率的不断上升，油层压力和油井动液面的不断下降，为了保持原油稳产，即原油产量不随含水率的降低而递减，必须加大采液量，这样采油成本必然增加。在采油成本中，抽油机电费占30%左右。因此，要求抽油机不仅能满足大排量提液的工艺要求，而且要具有能耗低的特点。近几年投入使用的皮带式抽油机、双驴头抽油机、摆杆式抽油机、磨擦轮抽油机等除了各自不同的特点，都具有一定的节能效果。

2）对老式抽油设备进行节能改造，目前主要采取的措施是更换抽油机机型、改善平衡状况或是对电动机进行更换或者配用节能箱等。

2 下偏杠铃节能技术原理

将常规型游梁式抽油机改造成下偏杠铃抽油机，是在常规型游梁式抽油机的游梁尾部增加一个下偏杠铃，下偏杠铃中心在游梁支撑中心以下，充分利用连杆、横梁、支架和减速箱间的空间进行直接平衡，改变游梁式抽油机的平衡方式，实现载荷大时力臂长，载荷小时力臂小，从而改善抽油机的平衡效果，下偏杠铃所产生的平衡效果能较好的平衡载荷扭矩，降低减速器的峰值扭矩，实现节能。

目前常规抽油机和偏置式抽油机均采用曲柄平衡，曲柄平衡的抽油机只有当曲柄旋转到某一角度时才是完全平衡的。下偏杠铃抽油机采用复合平衡的方式，即在抽油机的游梁尾部安装一个带有角度的游梁平衡重，并使其在抽油机驴头悬点载荷最大时，游梁平衡重的力臂最长；抽油机驴头悬点载荷小时，游梁平衡重的力臂变短，达到调径变矩的目的，充分利用了平衡重的势能，减小电动机的输入功率，达到了节能降耗的目的。从抽油机三个典型位置（上死点、下死点、水平点）来看：悬点在下死点时，因加载悬点载荷较大，其下偏杠铃的平衡力臂也较大，下偏杠铃产生的平衡扭矩也最大，与载荷扭矩方向相反，在游梁上进行第一次平衡，削去载荷峰值扭矩（二者均对游梁中座O取矩）使第一次平衡后载荷作用到曲柄输出轴的扭矩TWN 不致于过大，并使其峰值接近90°；在上死点时，因卸载悬点载荷较小，其下偏杠铃产生的力矩因平衡力臂K值的变小而减少。从而使载荷扭矩随曲柄轴转角变化而变化的规律尽可能与正弦规律相接近，达到加强抽油机的平衡效果，降低其曲柄轴输出净扭矩的峰值，减小其谷值，消除负扭矩，以降低其能耗的目的[2]。

3 现场试验效果评价

选取3-3366 井进行现场试验，安装内插式下偏杠铃节能装置，该装置由连接法兰、杠铃平衡体以及22 kW小功率电动机三大部分组成，数据对比见表1。

表1 喇3-3336井下偏杠铃改造前后数据对比

2009年推广应用30 口，综合节电率达到10.97%，实现年节电120 000 kWh，电价按0.631 8元/kWh 计算，获效益75 816 元。下偏杠铃节能改造单价2 万元，投入费用60 万元，投资回收期36个月。

4 结论

抽油机下偏杠铃节能升级改造既可用于新机制造，又可对大量现场在用的常规抽油机进行节能改造。该技术通过改变其传动机构或平衡效果达到节能的目的。改造可在现场进行，采用原有结构和部件，继承和保留原常规游梁式抽油机的全部优点，减少工作量，降低改造成本且改造时间短，费用低，容易实施，改后结构简单、可靠、耐用、维护费用低，同时还可降低减速箱和电动机功率的选型等级。下偏杠铃的平衡重要根据油井具体工况情况进行配置。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，节能效益明显，具有很好的推广应用价值。

[1]倪国军.常规游梁式抽油机节能改造[J].新疆石油天然气:2005.1.20-21.

[2]王秀芝.抽油机井节能潜力分析及节能降耗技术的应用[J].内蒙古石油化工:2009.3.35-36.