油田節(jié)能抽油機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展

為了提高油田的經(jīng)濟(jì)效益，對含油機(jī)的節(jié)能性能進(jìn)行了調(diào)查。目前采用抽油機(jī)采油的井?dāng)?shù)占總井?dāng)?shù)的80%以上,隨著油田開發(fā)進(jìn)入中后期,這一比例還會上升。在這80%的井中,游粱式抽油機(jī)又占了絕大多數(shù),所以對油田現(xiàn)有游梁式抽油機(jī)的節(jié)能改進(jìn)有其現(xiàn)實(shí)意義。現(xiàn)在各油田所采用的抽油機(jī)的效率平均只有25%左右,最高也不過是30%左右。由此看來,抽油機(jī)抽油效率的提高有很大潛力。1偏置式抽油機(jī)最初所使用的抽油機(jī)是普通游梁抽油機(jī),分為前置式(圖1)和偏置式(圖2)。前置式抽油機(jī)的橫梁鉸接于游梁前臂,位于主支承與驢頭之間,由電機(jī)輸入動力,通過皮帶,減速器帶動曲柄旋轉(zhuǎn),通過四連桿機(jī)構(gòu)變成懸點(diǎn)的上下往復(fù)運(yùn)動,驅(qū)動井下泵工作;偏置式抽油機(jī)是通過改變曲柄中心線與主支承座之間的水平距離,使曲柄中心線到支承柱中心的水平距離大于游梁后臂長度,在上沖程時連桿與游梁幾乎始終處于垂直狀態(tài)。兩種抽油機(jī)有共同的特點(diǎn):在一個完整的沖程循環(huán)內(nèi),抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷變化大,上沖程驢頭懸點(diǎn)提起抽油桿柱、液柱等載荷,要求電動機(jī)付出很大能量,下沖程驢頭懸點(diǎn)受到抽油桿柱重量作用隨光桿下落,不但不需要電動機(jī)做功,反而對電動機(jī)反饋?zhàn)龉?使電動機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài),對電動機(jī)壽命有不利影響。由于上述問題的存在,1980年代中后期研制出了通過采用平衡技術(shù)解決上述問題的抽油機(jī)。2游梁抽油機(jī)的能量儲存下偏平衡裝置式抽油機(jī)(圖3)是基于偏置式抽油機(jī)而改進(jìn)的,基本結(jié)構(gòu)不變,只是在游梁尾部增加固定偏置平衡裝置,使其重心相對于游梁下偏一個角度。將曲柄平衡機(jī)構(gòu)和游梁偏置平衡機(jī)構(gòu)相結(jié)合的一種抽油機(jī)。該方式對懸點(diǎn)載荷進(jìn)行了一次有效平衡,使平衡后的懸點(diǎn)載荷數(shù)值減少,變化幅度降低,作用到曲柄上的扭矩減少。利用下沖程驢頭不做功的特點(diǎn),把能量儲存到平衡裝置上,為驢頭上沖程作了能量儲備。該方式改善了抽油機(jī)的載荷分布,使運(yùn)動更加平穩(wěn),同時也提高了效率。由于原有抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)及當(dāng)時制造的技術(shù)條件的限制,通過改進(jìn)原有設(shè)備來大幅度提高效率很難。同時隨著油田的注水開采和大量低滲透油田投入開發(fā),使得下泵深度和排量不斷增加,加之特種油田(如稠油,結(jié)蠟等)投入開發(fā),對采油工藝又有了更新的要求,如:長沖程,低沖次,大泵,深抽等。一般的游梁抽油機(jī)采用四桿機(jī)構(gòu)是根本無法滿足上述要求的。為了滿足上述要求,各種無游梁式抽油機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。3抽油機(jī)的運(yùn)動特性圖4為結(jié)構(gòu)相對其它無游梁抽油機(jī)較簡單的齒輪齒條傳動無游梁抽油機(jī)。無游梁式抽油機(jī)有其特有的優(yōu)點(diǎn):增大了沖程長度,改善了抽油桿的運(yùn)動特性。由于不用四連桿機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動,其運(yùn)動規(guī)律除了上、下死點(diǎn)短時間的加減速外,大部分時間是均勻運(yùn)動,使得慣性載荷大幅度下降。改善了抽油機(jī)的運(yùn)動特性,提高了抽油效率,減少了動力消耗。具有先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo),解決了大泵提液時的環(huán)空測試問題。雖然在解決上述問題方面有了很大改善,但是,沒有被廣泛應(yīng)用。因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)件數(shù)目增多,成本增加,增大了曲柄銷受力和減速器的扭矩,易損件壽命低,使用可靠性差。因此,到1980年代后期,人們的研究又回到了四連桿機(jī)構(gòu),設(shè)計出可變四連桿機(jī)構(gòu)改變了連桿和后臂長度,達(dá)到調(diào)整力臂使凈扭矩平穩(wěn),降低了啟動扭矩,這一時期開發(fā)的機(jī)型有:異型抽油機(jī)、彎游梁抽油機(jī)、調(diào)徑變矩抽油機(jī)、杠鈴抽油機(jī)等。4下偏平衡裝置式抽油機(jī)縱觀抽油機(jī)的發(fā)展過程,按時間順序如下:常規(guī)游梁抽油機(jī)(1950年代)→前置式和偏置式抽油機(jī)(1960年代)→無游梁式抽油機(jī)(1970年代)→下偏平衡裝置式抽油機(jī)(現(xiàn)階段普遍使用)?，F(xiàn)階段,下偏平衡裝置式抽油機(jī)占絕大多數(shù),但近些年來通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)來提高其效率的新型抽油機(jī)不是很多,或者是改進(jìn)后的效率沒有顯著提高?，F(xiàn)提出“一機(jī)雙井”的工作模式以提高效率。5以井為單位的企業(yè)經(jīng)營模式“一機(jī)雙井”就是由一臺抽油機(jī)同時對兩口井采油。該思路是受到“雙驢頭節(jié)能抽油機(jī)”啟發(fā)而產(chǎn)生的。在雙驢頭節(jié)能抽油機(jī)中,平衡驢頭起到平衡作用,使載荷平穩(wěn),利用了下沖程不做功的特性來為做功沖程存儲能量,但是,新驢頭的加入必然是電機(jī)的一部分功率轉(zhuǎn)化為平衡驢頭的動能而損失掉。如果我們把平衡驢頭也當(dāng)作工作驢頭來使用,同時對兩口井來采油。如果能實(shí)現(xiàn)該模式,則其效率必會有大幅度提高。因?yàn)檫@樣不僅可以使兩個驢頭互為能量儲備,同時也可以充分利用下沖程的光桿的拉力來為對邊光桿作功。這樣在電機(jī)的功率幾乎可以不變,甚至可能減少的情況下來對兩口井同時采油,理想情況下效率提高幾乎一倍。此模式還可以充分利用反急回特性來對兩口不同類型的井采油,例如:急回側(cè)抽常規(guī)井,反急回側(cè)來對稠油井采油,(由于稠油井的滲出慢,應(yīng)使下沖程時間長于上沖程時間,有利于稠油的滲出)但是此模式對油井的位置有較高要求,受限制很大,因?yàn)閮蓚€驢頭之間的距離可調(diào)范圍小,由于游梁彎曲強(qiáng)度及剛度的限制,也不可能使兩個驢頭之間的距離很大。一旦兩井的距離滿足要求,其效率提高是十分明顯的。會給油田帶來可觀的效益。具體工作簡圖如圖5。6模式改進(jìn)的建議(1)通過分析各個階段抽油機(jī)的性能和特點(diǎn),得出了結(jié)論:今后在抽油機(jī)節(jié)