超越离合器在现场实践中的应用评价

陆亚男（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

目前萨北油田已进入双特高开发阶段，即特高含水和特高采出程度，随着开采难度的增加，开发成本也逐年增大，其中机采耗电在生产用电中所占比例达到40%以上，是油田生产过程中的“耗能大户”，如何在保证产量的前提下控制机采耗电是节能降耗的关键。

1 抽油机反发电

抽油机的举升原理是将电动机做的功通过皮带、减速箱、四连杆机构转化为驴头的上下往复运动，驴头带动抽油杆通过抽油泵将液体举升到地面。在运行过程中，由于选型匹配不合理导致的“大马拉小车”或者由于不平衡、平衡过重等问题出现的反电流现象时有发生，反电流不仅会增加电动机的输出功率，降低机采井系统效率，还会对电网产生冲击，增加线路损耗，减少电动机使用寿命，因此在生产过程中要尽量减少或者规避反电流现象的产生。

游梁式抽油机的平衡方式主要有三种：游梁平衡、曲柄平衡、复合平衡，而萨北油田多数抽油机采用曲柄平衡方式，当抽油机平衡率低于85%时，曲柄平衡产生的平衡扭矩与悬点载荷形成的扭矩不能相互抵消，平衡扭矩就达不到削峰填谷的目的，这就会使电动机的负荷波动较大，影响电动机的平稳输出[1]。经统计，当抽油机的平衡率大于等于85%时，曲柄轴仍然有负扭矩存在，此时抽油机反发电的现象依旧存在，由于发出的电主要消耗在线路损耗上，导致无用功增多，增加了能耗。

2 关键技术

目前现场在用的超高转差电动机、调压控制器、变频调速器等设备只能不同程度地减轻反发电现象，而不能从源头上彻底消除反发电现象。超越离合器可以利用它单方向传递动力的特有机械性能，既经济又彻底地杜绝反发电现象。

超越离合器的结构分为内环和外环两部分，内环和外环通过棘轮棘齿和棘爪啮合，内环的尺寸固定，外环的尺寸可以根据调参需要做出相应改变（图1、图2）。

图1 超越离合器结构图

在抽油机正常运行时，电动机的驱动速度大于经过皮带和减速箱减速后的曲柄转速，相反，电动机做负功。而应用超越离合器后，在电动机做负功的瞬时由于棘轮的脱开可实现瞬态超越，使得原双向动力传动系统变为单向动力传动，动力不能反传回去，此时电动机相当于空载运行，不平衡负荷不再反拖电动机发电，消除了负功，电动机和皮带的传动效率提高，系统效率提高，抽油机能够节能、高效地运行[2]。与此同时超越离合器的超越动作实现了抽油机的动态平衡，改变抽油举升系统的运动特性和力学状态，能够提高泵效和系统效率。

图2 超越离合器实物图

3 现场应用

萨北油田2011年在2 口井上应用了超越离合器，选用的试验井均为10 型机，根据安装前后的能耗对比数据（表1）可以看出，试验井在安装了超越离合器后，提高了系统效率，减少了日耗电，同时泵效和产量都不同程度地得到了增加，因此超越离合器达到了节能、高效生产的目的。

表1 超越离合器安装前后效果统计

超越离合器能够提高泵效，增加产量，这是由于它可以利用它的超越动作来实现动态平衡，再通过四连杆机构把这种动态平衡传递到地下设备，即抽油杆和柱塞泵，通过动态平衡可以改变抽油机的运动特性和力学状态，可以达到减小抽油机振幅，减小惯性载荷，提高系统效率，提高泵效，达到增产的目的。

以B2-D6-443井为例，试验前的产液量为43 t/d，有功功率为10.87 kW，抽油机的系统效率为23.6%，冲程为3 m，冲速为6 min-1，驴头的悬点载荷最大值为45.28 kN，最小值为14.97 kN。试验后的冲程没有发生变化，冲速增为6.2 min-1，增幅为0.2 min-1；日产液量增为55 t/d，增幅为12 t/d；有功功率为8.93 kW，降幅1.94 kW；系统效率增至28.9%，增幅为5.3个百分点；驴头悬点载荷最大值为43.05 kN，降幅为2.23 kN；悬点载荷最小值为16.98 kN，增幅为2.01 kN，通过示功图（图3），可以看出，应用超越离合器后达到了削峰填谷的效果。

图3 B2-D6-443井安装超越离合器前后的示功图

抽油机井安装超越离合器，单井投入2 万元，平均节电率为19.3%，单井日节电55.6 kWh，年节电规模为2.03×104kWh，每年可节约成本0.81 万元，预计2.46年可收回成本。应用该技术的投资回收期比较短，便于现场管理，达到了高效生产、节能降耗的目的。

4 结论

1）通过现场试验，杜绝了反发电现象，消除了负功，提高了泵效和系统效率。

2）在皮带轮轮径不变的情况下，冲速平均增加0.2 min-1，产量有所增加。

3）单井日耗电降幅比较明显，平均节电率达到19.3%。

[1]金锋.高效抽油机节能装置[J].华北石油设计,1998(4):50-52.

[2]张继震,马广杰，孙景丽,等.游梁抽油机的用电发电与节能[J].石油矿场机械,2001,30(4):185-187.