【摘要】游梁式抽油機(jī)采油是目前國(guó)內(nèi)外油田抽取原油的主要方式。抽油機(jī)采油是利用交流異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)減速傳動(dòng)裝置，使抽油機(jī)曲柄四連桿旋轉(zhuǎn)，牽動(dòng)柱塞泵中活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將滲透到柱塞中的原油抽取上來(lái)。利用變頻器可以提高交流異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，改變抽油機(jī)的沖程，防止“空抽”現(xiàn)象，提高產(chǎn)油量。

     近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)及功率半導(dǎo)體器件價(jià)格的降低，變頻器越來(lái)越被工業(yè)上所采用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，抽油機(jī)用電量約站油田總用電量的45％，平均運(yùn)行效率只有25％，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)低，電能浪費(fèi)大。因此，如何挖掘抽油機(jī)節(jié)能潛力，推廣新技術(shù)在抽油機(jī)采油中的運(yùn)行，是目前節(jié)能工作的重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)在我國(guó)北方某些油田的試驗(yàn)變頻調(diào)速較好的解決了抽油機(jī)采油過(guò)程的難點(diǎn)問(wèn)題，成為油田抽油機(jī)提高效率、節(jié)能、環(huán)保的首選設(shè)備。

      隨著時(shí)間的推移，油田對(duì)變頻器的需求量越來(lái)越大，由于抽油機(jī)前期采油量大，起動(dòng)扭距大，配置的電動(dòng)機(jī)功率也大，使得抽油機(jī)沖次多，用電量多。抽油機(jī)采油到了中、晚期，由于三相異步電動(dòng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，油層飽和度降低，原油的滲透率緩慢，產(chǎn)油量下降，而抽油機(jī)繼續(xù)保持原來(lái)的沖次造成一定的空抽現(xiàn)象，不僅加劇了管、桿、泵和機(jī)械磨損，每抽一頓油耗電量也同比增大。另一方面，由于抽油機(jī)的配重不平衡，往復(fù)過(guò)程中勢(shì)必使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，并以再生反電勢(shì)的形式?jīng)_擊電網(wǎng)，構(gòu)成內(nèi)耗，污染電網(wǎng)。

游梁式抽油機(jī)的工作原理

      梁式抽油機(jī)是有桿抽油系統(tǒng)的地面驅(qū)動(dòng)裝置，由動(dòng)力機(jī)、減速器、機(jī)架和連桿機(jī)構(gòu)等部分組成，如圖一所示。其工作原理是：減速器將電動(dòng)機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；曲柄軸的低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由連桿機(jī)構(gòu)變?yōu)轶H頭懸繩器的上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，懸繩器下接抽油桿柱，抽油桿柱帶動(dòng)抽油泵柱塞(或活塞)在泵筒內(nèi)作上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而將油井內(nèi)的原油舉升到地面，達(dá)到抽油的目的。

抽油機(jī)的負(fù)載和功率因數(shù)分析

       抽油機(jī)的電氣部分主要由三相異步電動(dòng)機(jī)和控制電路組成。三相異步電動(dòng)機(jī)的功率一般為幾十千瓦(常用的抽油機(jī)電機(jī)功率一般為5.5～75kw)，它帶動(dòng)抽油桿作往復(fù)運(yùn)行，抽油機(jī)的負(fù)載是不斷變化的，變化周期也很短，一般游梁式抽油機(jī)每分鐘有8～12個(gè)沖次(周期)，一個(gè)沖次有兩個(gè)沖程，每個(gè)沖次中負(fù)載變化兩次，而且重載工作時(shí)間很短。由于抽油機(jī)在抽油桿向上運(yùn)動(dòng)的半個(gè)周期內(nèi)電動(dòng)機(jī)要克服抽油桿及油的重力而做功；在抽油桿向下運(yùn)動(dòng)的半個(gè)周期內(nèi)因?yàn)槌橛蜅U動(dòng)能與平衡塊的勢(shì)能差，會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)被拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)超過(guò)同步轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象，此時(shí)電動(dòng)機(jī)向電網(wǎng)反輸電能。在實(shí)際生產(chǎn)中，隨著油田開(kāi)發(fā)的深入，地下原油的儲(chǔ)量逐年減少，抽油機(jī)工作時(shí)，“滿載”的次數(shù)逐漸減少，大部分時(shí)間是“輕載”或“空載”。由于負(fù)荷變化周期的上下兩個(gè)沖程各有一個(gè)死點(diǎn)，而抽油機(jī)電機(jī)都是帶載起動(dòng)，總是從兩個(gè)死點(diǎn)中負(fù)載較大的死點(diǎn)開(kāi)始起動(dòng)。因此，要求抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這樣就更加使得電動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷下運(yùn)行。三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)都比較低，額定負(fù)載時(shí)約為0.7～0.9，而在空載和輕載時(shí)只有0.2～0.3。而抽油電機(jī)的功率因數(shù)在抽油機(jī)1個(gè)沖程內(nèi)的變化極大，雖然有時(shí)達(dá)到了0.8左右，但是大多數(shù)時(shí)間是在0.2～0.6之間變化，平均功率因數(shù)很低。

變頻器及容量的選擇

      由于抽油機(jī)負(fù)載不是恒定負(fù)載，而是周期性變化的負(fù)載，在油井的初期、中期、后期負(fù)載也不一樣，因此容量的選擇是一個(gè)重要且復(fù)雜的問(wèn)題，要考慮變頻器容量與電動(dòng)機(jī)容量的匹配，容量偏小會(huì)影響電動(dòng)機(jī)有效力矩的輸出，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至損壞裝置，而容量偏大則電流的諧波分量會(huì)增大，電機(jī)功率因數(shù)較低，也增加了設(shè)備投資。抽油機(jī)起動(dòng)時(shí)總是從兩個(gè)死點(diǎn)中負(fù)載較大的死點(diǎn)由低頻低壓開(kāi)始起動(dòng)，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升到額定轉(zhuǎn)速，頻率逐漸上升至設(shè)置頻率，輸出電壓逐漸上升至額定電壓，完成起動(dòng)。一般要求變頻器的額定電流大于等于電動(dòng)機(jī)的額定電流即：IFN≥IMN

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