游梁式抽油机可变冲次调速节能装置应用试验

王群章　邓世彪　刘盛益　李飞　陈健康

摘 要：本文针对游梁式抽油机电机负荷率低，大马拉小车，能耗高，不能根据生产需要及时调整冲次等情概况，试验一种新型可变冲次机械调速节能装置。该装置结构紧凑，传动效率高，同等条件下降低电机功率1-2个等级，根据工况变换不同的速度。通过现场试验表明，其节电率达30.96%，节能降耗效果显著，具有较好推广前景。

关键词：游梁抽油机;变冲刺;节能装置;试验

游梁式抽油机是世界上最主要的油田采油设备，具有结构简单、易损件少、故障率低、维修简便等优点，但也存在启动困难、平衡效果差、系统效率低等缺点。由于抽油机周期负荷的特殊性，抽油机正常运行时，电机平均负荷只有额定负荷的30%左右，为使电机满足生产需要，高配低能“大马拉小车”现象成为必然，进而使电机一直在低效率下运行，造成能源浪费[1-2]。

近年来，我国中东部油田进入开发后期，为适应中低液量效益开发，减少管杆磨损和电力消耗，降低抽油机冲次，先后采用了变频电机、多极电机、二次减速装置、换挡调速装置等节能产品。在使用中存在变频器寿命短，多极电机效率低，减速装置和调速装置皮带更换频繁等问题[3]。为此试验应用了一种新型可变冲次机械调速节能装置。

1 结构原理

1.1 结构组成

节能装置由lE4高效节能电机、变速装置、皮带轮组成，其外形结构如图1所示。电机的输出轴与变速装置的输入轴固定连接，变速装置的输出轴上安装皮带轮，三者通过轴和键联成一体，结构紧凑。该装置由底座固定在原抽油机电机底座上，安装使用方便。

1.2 工作原理

可变冲次调速节能装置以小功率高速节能电机替代三相异步电动机，通过减变速装置，降低输出转矩，增大输出扭矩，满足抽油机正常启动，解决了启动扭矩大问题。同时配备三挡冲次，可随时根据有机试剂生产情况对冲刺进行调整。

2 技术特性

①通过变速箱减速比较宽的特性（200-730r/min），减速增扭减小电机功率，提高电机负荷率和效率，传动效率高，同等条件下可以降低电机功率1-2个等级;②通过减速器的柔性运动改变电机的机械特性，使机、杆、管、泵整个系统达到较好的融合，提高系统效率;③增大皮带轮的包角，减少皮带打滑剖失效的损耗，整个系统运行平稳可靠;④2～3档速度的匹配，满足了生产的需要，达到提高机采效率节能降耗的目的。

3 对比试验

作8极45kW和4极30kW电机的负载率和效率的对比实验，如图2所示。

在同等工况下，抽油机电机平均负载率在30%左右，抽油机可变冲次节能拖动装置平均负载率可达到50%左右[4]。

2019年3月HN油田赵安4048井安装1台节能装置进行试验，经油田检测中心对比测试，更换节能电机后节能率为30.96%。详细检测结果见表1。

4 效果分析

4.1 降低电机功率

电机极数越多，体积越大，重量越重，铁损和铜损越大，效率越低。该节能装置以lE4高效节能电机为驱动力，采用变速装置减速后，比原有电机输出转速低，通过降速增加转矩，降低了电机功率。

4.2 提高效率

节能装置由齿轮定制转速。其转速比原有电机转速低，在减速增扭降低电机功率的基础上，装置输出端的皮带轮比原系统的皮带轮大（冲次液量不变），增大皮带传动效率，减少了由于皮带包角小打滑产生的抽油杆震荡消耗的能量，提高了系统效率和电机功率因数（赵安4048井，功率因数由原来的0.259，提高到0.708）。

4.3 高精度传动变速技术

采用高精度斜齿轮传动变速机械，具有减速比高、输出转速档多、传动效率高、运转平稳、噪音小、安装方便、密封性好、维护量小，使用寿命长等特性。

4.4 减轻劳动强度

油井调整冲次只需要停机切换变速手柄，快速便捷，减轻了劳动强度。

4.5 减小变压器容量

电机功率减小后，配套變压器容量相应减小。

5 效益评价

以赵安4048井为例，在相同工况下，更换前12极37kW电机，功率利用率20.19%，产液单耗14.23kW·h/t，更换后4极18.5kW电机，功率利用率28.54%，产液单耗9.82kW·h/t，节电率30.96%。每天节电55.51kW·h，年节电20261kW·h，每度电按0.7866元计算，年节约电费1.59万元。一台节能装置投资费用3.5万元，则3.5/1.59=2.2年即可回收成本。

6 结论

游梁式抽油机可变冲次节能装置通过使用节能电机，变速增加扭矩，降低电机功率，增大载荷率，提高系统效率，节能效果显著。该装置可动态调整冲次，满足油田生产需求，具有较好推广应用价值。

参考文献：

[1]王群章，李飞，沈和平，邓世彪等.游梁式抽油机调速换挡装置的研制与应用[J].中国化工贸易，2019（5）：107-110.

[2]王群章，施珠华，陈杨，王飞抽油机自调尾平衡装置的研制与应用[J].中国石油天然气学报，2014（10）：210-211.

[3]王群章，陈杨，刘勤，王飞.抽油机节能技术的集成应用[J].中国石油天然气学报，2014（3）：376-378.

[4]藏伯兴.游梁式抽油机可变冲刺节能拖动装置技术[R].无锡：无锡华东电机科技发展有限公司，2018.

[5]郭勤良，王钊，王群章.稀土永磁电机在抽油机上应用分析[J].石油矿场机械，2005（2）54-56.

作者简介：

王群章（1962- ），男，高级工程师，硕士，现从事石油机械工程技术工作。