一、游梁式抽油機概述

目前，陜北、甘肅，寧夏，新疆和華北等地區(qū)，油田采用的抽油機設備中，一部分為游梁式抽油機，數(shù)量也比較多。游梁式抽油機運動為反復的上下提升，一個沖程提升一次，其動力來自電動機拖動的兩個質(zhì)量很大的鋼質(zhì)滑塊，當滑塊提升時，類使于杠桿的作用，將采油機桿入井中，滑塊下降時，采油桿提出帶油至井口，當負荷不平衡時，在滑塊下降時，電機進入再生發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生再生能量，再生能量反饋到到變頻器的直流側(cè)，引起主回路直流母線電壓升高，這樣危機變頻器的安全，既不利于設備的安全運行。另一方面，游梁式抽油機引入兩個大質(zhì)量的鋼質(zhì)滑塊，導致抽油機啟動時沖擊電流很大等問題。另外，油田的特殊地理環(huán)境，決定采油機自身運行的特點，在油井開采前期儲油量大，供液足，為提高工效可采用工頻運行，保證較高的產(chǎn)量；在中后期，由于儲油量減少，已造成供液不足，電機仍工頻運行，造成電能的浪費，這時應該考慮實際工作情況，適當降低電機的轉(zhuǎn)速，減少沖擊，有效提高效率，為了解決上述問題，可將變頻技術(shù)引入到游梁式抽油機控制中去。根據(jù)電機理論，其轉(zhuǎn)速公式為n=60f(1-s)/p;其中n為電機的實際轉(zhuǎn)速，f為電源頻率，s為轉(zhuǎn)差率，p為電動機極對數(shù)。從公式可以看出，電機的轉(zhuǎn)速和頻率成正比，根據(jù)電動機工作電流的大小確定電動機的工作頻率，這樣根據(jù)井況的變化，方便調(diào)節(jié)抽油機的沖程，達到節(jié)能和提高電網(wǎng)功率因數(shù)的目的。

二、變頻器的選型及注意事項

考慮到抽油機慣性力矩比較大，選擇V/F通用變頻器功率要比電機的實際功率放大一擋，也可以選擇啟動力矩較好的矢量控制變頻器。只要變頻器的額定電流大于電機的實際電流就行。另外，抽油機在工作過程中有再生能量產(chǎn)生，變頻器容易出現(xiàn)過壓保護，每臺變頻器應配相備適應的制動單元和制動電阻，能量消耗在制動電阻上，為了利用這些能量可以采用高品質(zhì)能量反饋裝置反饋到電網(wǎng)中，但是保證對電網(wǎng)的污染很小。由于油田地理環(huán)境比較惡劣，變頻器在室外安裝，注意防雨，防塵，夏季溫度高，注意通風散熱，室外容易打雷閃電，所以必須加裝防雷電擊保護裝置。

三．抽油機負載分析 1. 國內(nèi)應用最廣泛的是游梁式豎井抽油機，它有三部分組成： 1) 地面部分：由電動機、減速器和四連桿構(gòu)成； 2) 井下部分：抽油泵（吸入閥、泵筒、柱塞和排油閥），它懸掛在套管中的下端； 3) 抽油桿柱：連接地面抽油機和井下抽油泵的中間部分。           2. 抽油機的電機負荷是按周期變化的，開始起動時，負荷很大，要求啟動轉(zhuǎn)矩很大。正常運行時負荷率很低，一般在20%左右，高時負荷率只有30%。電機的負荷曲線有2個峰值，分別為抽油機上、下沖程的“死點”。     抽油機在未進行平衡的條件下，上、下沖程的負載極度不均衡，在上沖程時，需要提起抽油桿柱和液柱，電機需付出很大能量。在下沖程時，抽油桿柱對電機作功，使電機處于發(fā)電狀態(tài)。通常在抽油機的曲柄上加上平衡塊，消除上下沖程負載不平衡度。平衡塊調(diào)節(jié)較好，其發(fā)電狀態(tài)的時間和產(chǎn)生的能量就小，由于抽油載荷是每時每刻在變化，平衡配重，不可能隨抽油負荷作完全一致的變化，絕大部分抽油機配重嚴重不平衡，從而造成過大的沖擊電流，沖擊電流最大可是5倍的工作電流，甚至達到額定電流的3倍。調(diào)整好平衡配重，可降低沖擊電流是正常工作電流的1.5倍。     抽油機的負載特性：是恒速運行，由于配重，是變轉(zhuǎn)矩，變功率負載在一個循環(huán)周期內(nèi)有兩次發(fā)電狀態(tài)，起動力矩大、慣性大。在國內(nèi)油田使用的抽油機普遍存在的問題：運行時間長，“大馬拉小車”，效率低，耗能大，沖程和沖次調(diào)節(jié)不方便，有時空抽現(xiàn)象。

四．傳統(tǒng)抽油機變頻器改造的難點     國內(nèi)對抽油機變頻節(jié)能改造做了大量的嘗試，但都不太成功，主要問題是： 1) 抽油機在一個工作循環(huán)中，有兩次發(fā)電狀態(tài)，尤其當配重不平衡時，產(chǎn)生的“泵升電壓”很高，靠加大變頻器直流側(cè)電解電容和減小制動電阻值，不能完全解決問題，并且隨著油層的變化，“泵升電壓”也在變化。 2) 抽油機起動需要較大的起動轉(zhuǎn)矩，如變頻器參數(shù)設置不當，易造成過流或不能起動。 3) 以往的變頻節(jié)能改造設計方案很少考慮油井的油面、油濃度的變化等情況。在提高產(chǎn)量方面，效果不佳。

五．解決方案     針對當前抽油機變頻改造存在的問題，我公司司提出以下解決方案： 1) 采用變頻調(diào)速技術(shù)，使電機轉(zhuǎn)速與抽油機負載匹配。在前期井中由于剛開采，油量大，讓變頻器運行到65HZ，電機轉(zhuǎn)速提高30%，采油率比工頻提高20%，工效提高1.2倍。在中、后期井中，油量減小，降低轉(zhuǎn)速，減少沖程，一般頻率運行至35~40HZ之間，電機轉(zhuǎn)速下降30%。節(jié)電率可達25%，而且提高了功率因數(shù)。 2) 動態(tài)調(diào)節(jié)抽油機的沖程頻次，隨著油井由淺入深的抽取，油量逐漸減小，出現(xiàn)泵充滿度不足，泵效下降，當油井的供油能力小于抽油泵排量時，就造成泵抽空和液擊現(xiàn)象。降低頻率，電機轉(zhuǎn)速下降，提高充滿度，不僅節(jié)能而且增加原油產(chǎn)量。 3) 動態(tài)調(diào)節(jié)抽油機上下行程的速度，適當降低下行程速度，提高泵內(nèi)的充滿度，適當提高上行程速度，可減小提升中漏失系數(shù)，使抽油機工作在最佳運行狀態(tài)，有效提高單位時間內(nèi)原油產(chǎn)量。 4) 起動力矩大，運行中負荷低，沖擊電流大 要從根本上解決問題，加大電動機極對數(shù)或增大減速箱速比，增大輸出力矩。變頻器正常運行80~90HZ。這也有利于減少發(fā)電狀態(tài)的能量，減少“泵升電壓”。 5) 再生能量的處理問題     *增大變頻器直流側(cè)濾波電容的容量；     *減少制動電阻值，提高制動系統(tǒng)的耗電能力，或直接使用回饋制動，減小能量損失；     *發(fā)電時，頻率增大。 6） 防空抽，增產(chǎn)。動態(tài)調(diào)節(jié)抽油機沖程頻次和上、下行程速度。設定電機的輸出功率標準值，實時檢測電機輸出功率，控制電機轉(zhuǎn)速，大于標準值，加速。反之減速，實現(xiàn)閉環(huán)控制。

六．抽油機實測數(shù)據(jù)     某油田82-X110抽油機是一臺游梁式抽油機，電機功率為22KW，磁極數(shù)為8極。采用我公司生產(chǎn)的變頻器節(jié)能改造。     在抽油機上行程運行時，設置變頻輸出頻率為50Hz，下行程運行時，設置為30Hz。 抽油機工頻運行參數(shù)： 運行一個周期電流變化：20.1A~30.7A 4小時平均耗電度數(shù)：4.7度/每小時

抽油機節(jié)能運行參數(shù)： 運行一個周期電流變化：4.9A~18.7A 4小時平均耗電度數(shù)：3.9度/每小時     由于油井的類型和工況千差萬別，井下滲油和滲水量每時每刻都在變．抽油機的負載變化是無規(guī)律的，故采用變頻調(diào)速技術(shù)，使抽油機的運動規(guī)律適應油井的變化工況，實現(xiàn)系統(tǒng)效率的提高，達到節(jié)能增產(chǎn)的目的。

七、抽油機變頻改造的幾個好處 1. 大大提高功率因數(shù)，（0.25~0.5提高0.9以上）。減小了供電電流，從而減小了電網(wǎng)及變壓器的負荷。 2. 動態(tài)調(diào)整抽取速度，一方面節(jié)能，同時增加原油產(chǎn)量。 3. 實現(xiàn)真正“軟起動”對電機變速箱抽油機，避免過大機械沖擊，延長設備使用壽命。