QC成果-常规抽油机节能改造

进方案，使之既保持常规抽油机的优点又能体现出节能
降耗的特点，最大限度的降低采油成本。
小组概况
课题名称：常规十型抽油机节能改造
课题类型：攻关型
注册号：J08-01 受TQC教育： 人均80小时
节 降 QC小组 能
耗
成立时间： 2019.01
活动次数：12次
活动时间： 2019.01-2009.12
常规十型抽油机节能改造
D2-1 设计制作新吊臂
新旧吊臂对比图
常规十型抽油机节能改造
D2实施阶段
D2-2 设计制作新曲柄
新旧曲柄对比图
常规十型抽油机节能改造
D2实施阶段
更换曲柄前扭矩曲线图 更换曲柄后扭矩曲线图
从对比图可以看出，更换曲柄后，减速器扭 矩曲线更加平稳，2009年9月检测30台抽油机，平 衡度平均提高到93%以上。
常规十型抽油机节能改造
前
言
新疆油田经过50余年的发展，已进入机械采油阶段
98%以上的油井使用抽油机采油，其中有40%以上的
抽油机属于常规游梁式抽油机。由于常规机平衡效果差、
能耗高，已不能适应油田发展的要求。因此对这些常规
抽油机进行节能改造是目前迫切需要解决的问题，本课
题就是对常规十型抽油机进行效率分析，提出合理的改
结论：要因
2、曲柄过重 原抽油机曲柄每块重1200Kg，曲柄质量过重，
导致减速器输出轴扭矩、电动机的时耗功率过大 。 结论：要因
常规十型抽油机节能改造
P2计划阶段
3、油井载荷跨度大
经测试改造过的30口井，悬点载荷范围为36KN-62KN， 载荷范围在抽油机的许用工况内。
结论：非要因 4、员工责任心
3.更换节能抽油机费用相对较高，而改造一台抽油 机的费用约为更换新机的30%，且改造周期短， 能及时满足油田生产的需要。
4.本公司生产的节能型抽油机从三型到十六型共七 大系列二十种机型，抽油机研发技术处于国内领 先水平 。
为此选择“常规十型抽油机节能改造” 作为小组的QC活动课题。
常规十型抽油机节能改造
平衡度 （%）
日均耗电 （KW·h）
平衡度 （%）
278
81.5
234
87.5
218
283
83.4
228
90.3
220
95.5 94.4
286
82.3
220
91.2
225
273
87.4
228
89.0
218
304
76.8
222
92.7
214
92.5 94.7 97.1
293
79.5
220
90.4
230
P1计划阶段
P1-2 现 状 调 查
通过对准东采油厂40台在用常规十型抽油
机进行现状调查，其单机日均耗电281kW·h，
QC小组对调查数据进行认真分析、计算，得
出其日耗电量高的原因主要有以下几点：
1.电流大
2.功率因数低
3.地面效率低 4.冲程损失大
5.冲次高
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
常规十型抽油机日耗电高原因统计表
235
90.7
94.7 98.1 96.3 97.7 95.2 95.7 96.5 92.1 91.2
常规十型抽油机节能改造
序号
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
30
平
井号
H1473 H1354 H1327 H1379 H1467 H2420 H1485 H1489 H1444 H1337 H1335 H1334 H1333 H1430
常规十型抽油机节能改造
C1检查阶段
改造前后抽油机扭矩曲线对比图
改造前扭矩曲线图
Tn——减速器净扭矩曲线 Ty——平衡扭矩曲线
改造后扭矩曲线图 Tw——载荷扭矩曲线
常规十型抽油机节能改造
C1-2 存在的问题
A1处理阶段
序号
出现的问题
在前期改造的30台抽油机中，平衡度从 1 82.7%提高到88.6%，单机日耗电下降到
序 号
项
目 频数
1 电 流 大 34
2 功率因数低 2
3冲 次 高 2
累计 频数 34 36 38
4 地 面 效 低 1 39
5 冲 程 损 失 大 1 40
频率 85% 5% 5% 2.5%
2.5%
累计 频率 85% 90% 95% 97.5
% 100 %
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
常规十型抽油机日耗电高原因排列图
较好 好 较好
最低 较低 最高
较好 好 最好
3) 方 案 选 择
通过以上三种方案的比较，可以看出第三种方案节能效 果最好，但改造难度大，改造费用高。小组成员经过认真论 证，从安全性、经济性、实用性等方面综合考虑，确定使用
第二种方案
常规十型抽油机节能改造
D1实施阶段
4)方案实施
首先按照方案二在原游 梁结构上设计下偏吊臂用 吊臂载荷对抽油机的工作 载荷进行随动平衡，经测 试改造的30台抽油机，整 机平衡度从82.7%提高到 88.6%。
230kW·h,没有达到预期的效果。
2
有2台抽油机出现过平衡现象
A1 处理阶段 针对发现的问题开始二次循环
常规十型抽油机节能改造
P2计划阶段
P2-1 分析平衡度低的原因
平衡 度低
设备 人员 方法
曲柄过重 员工责任心
吊臂结构不合理
环境
载荷跨度大
常规十型抽油机节能改造
P2计划阶段
要Байду номын сангаас确认
1、吊臂结构不合理 抽油机改造用吊臂总重4.8吨,活动配重800kg， 可调整范围过小，造成了部分抽油机过平衡。
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
抽油机电流大原因关联图
员工责任心不强
曲柄平衡
减速器大
平衡差
电
电控制差
流
大
功率不可调
扭矩大 四杆机构不合理
载荷大
电动机性能
调参难
井况复杂
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
P1-5 要 因 确 认
1、井况复杂 抽油机井工况由杆柱组合、泵深、沉没度、泵径、充 满系数、原油粘度及地层供液能力等多种因素有关， 具有不确定性。
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
6、电控制差 常规十型抽油机配备的普通电控箱不具备动态调参等自
动控制功能，已不能适合油井工况。目前抽油机使用的控 制系统普遍采用变频技术，可自动调整抽油机的最佳运行 工况，节能效果十分显著。
结论：要因
7、责任心不强现场 抽查30台抽油机平衡度平均为82.7%，说明人工调平衡
常规十型抽油机节能改造
D1实施阶段
由于抽油机尾部增加了运动吊臂，存在一定的安
全隐患，因此增加两项安全改造
将电控箱和刹车系统 改在抽油侧面
在抽油机后部 增加安全围栏
常规十型抽油机节能改造
D1实施阶段
D1-2更换高转差双功率电动机
经计算电动机功率 需15kW，因启动扭矩 大选用22/15kW高转 差双功率电动机；启动 使用高功率，运转使用 低功率。经检测电动机 运行平稳，电流峰值平 均下降43%。
措施
地点 时间
2009.0
降低吊臂的不可 厂内、 4
调重量，将可调 配重块的数量从 油田
-------
40块增加到80块 现场 2009.1
0
制作新曲柄，将
2009.0
曲柄的重量由 厂内、 4
1200Kg降低到 油田 -------
350Kg
现场 2009.1
0
常规十型抽油机节能改造
D2实施阶段
D2 实施阶段
常规十型抽油机节能改造
C2检查阶段
C2 检查阶段
改
改
改 造 前
造 前 的
造 后 的
效
后 抽
抽 油
抽 油
果 油 机
机
机
调 在 油
查 田 使 用
对 比
改 进 吊 臂 后
改 进 曲 柄 后
常规十型抽油机节能改造
C2检查阶段
小组活动前后抽油机日耗电统计表
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
井号
H1471 H1327 H1300
H9 H1302 H1420 H1304 H1305 H2404 H2402 H1440 H1346 H1368 H1366 H1378
2019.04（改造前） 2019.10（一次改造后） 2009.09（二次改造后）
日均耗电 平衡度 日均耗电 （KW·h） （%） （KW·h）
电流大 功率因数低 冲次高 地面效率低 冲程损失大
由排列图看出，电流大占85.0%，只要解决了
电流大的问题，就能大幅度降低抽油机耗电量。
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
节能改造效果分析
2019年2月，对本公司生产的双驴头十型抽油 机进行了效率测试，其单机日均耗电比常规十型 抽油机低34%。从设计原理上分析，若不优化常 规十型抽油机的四杆机构，对节能效果有15%的 影响。节能改造效果计算如下：
266
84.6
238
85.4
221
269
85.2
232
86.5
209
265
83.7
239
82.1
219
293
78.3
227
89.7
211
286
87.2
213
91.4
218
282
84.8
229
87.2
214
274
79.6
237
83.2
212
270
85.9
232
84.3
225
286
86.6
212
92.4
结论：要因
十型抽油机改造前扭矩曲线图 Tn——减速器净扭矩曲线 Tw——载荷扭矩曲线 Ty——平衡扭矩曲线
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
4、四杆机构不合理 常规十型抽油机四杆机构传动效率较节能型抽油机低 10%左右，动态平衡效果一般，但考虑改造经济性， 不改变四杆机构尺寸。 结论：非要因
5、减速器大 常规十型抽油机减速器额定扭矩为53kN·M，目前节 能十型抽油机减速器额定扭矩为48kN·M，但考虑改 造经济性，不更换减速器。 结论：非要因
的工作做得比较好，员工责任心较强。 结论：非要因
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
P1-6 制 定 对 策
序 号 要因
对策
目标
措施
地点 时间
1
曲柄 平衡
用游梁平 衡代替曲 柄平衡
将平衡度从 82.7%提高 到90%以上
设计游梁平衡方 式、抽油机改造结 构，确定最佳方案
厂内、 油田现 场
2019.0 6 ------2009.0
P1计划阶段
P1-1 选 题 理 由
1.新疆油田目前广泛使用节能抽油机采油，但仍 有40%以上常规游梁式抽油机在役使用，其中 常规十型抽油机占80%以上。
2.根据新疆油田准东采油厂统计，2019年度常规 十型抽油机日均耗电281 kW·h，比十型节能 抽油机高33%。
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
普通 2 电动
机
更换节能 型高转差 电动机
将电流峰值 降低40%以 上
3 电控
更换新型 自动控制
具备功率转 换、延时报
计算抽油机扭矩、 厂内、
所需功率，按要求 油田现
选择电动机
场
分析油井工况， 厂内、 确定控制功能，按
9 2019.0 6
-------
2009.0 9 2019.0 6
-------
【34%×（1-15%）】×85%=24.56%
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
P1-3 确 定 目 标
常规十型抽油机
改造后的十型抽油机
单机 日均耗电 281kW·h
单机 日均耗电 225kW·h
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
P1-4 常规抽油机电流大的原因分析
小组根据现状调 查的结果，召开了2 次现场讨论会，成 员用头脑风暴法对 常规抽油机电流大 的原因进行了分析， 并绘制出了关联图， 确定了七个末端因 素。
常规十型抽油机节能改造
D1实施阶段
D1 实施阶段
常规十型抽油机
方案一
方案二
方案三
D1-1 用游梁平衡代替曲柄平衡: 1)设计了三种游梁平衡改造方案
常规十型抽油机节能改造
D1实施阶段
2) 方 案 比 较
项目 工作量 安全性 操作性 成本 节能效果
方案一 方案二 方案三
最小 较小 最大
较高 高 较高
结论：非要因
2、 电动机性能差
常规十型抽油机使用功率为22KW的普通电动机，其
启动扭矩大、能耗高；近年来，随着电动机节能技术
的发展，节能抽油机普遍采用高转差电动机，节能效
果显著。
结论：要因
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
3.曲柄平衡 单纯曲柄平衡的抽油机
运转扭大，扭矩曲线剧 烈波动，扭矩峰值高， 平衡效果差，决定了抽 油机能耗高。
在改造过的抽油机现场测试过程中，抽油机的配重调整都 在合理的范围内，说明员工对平衡调整都有较强的责任心。
结论：非要因
常规十型抽油机节能改造
P2计划阶段
P2-2 制定对策
序 号
要因
对策
吊臂
1
结构
重新设 计吊臂
不合理
曲柄 设计 2
过重 新曲柄
目标
消除抽油 机过平衡 现象
将整机平 衡度提高 到92%以 上
常规十型抽油机节能改造
D1实施阶段
D1-3 配置新型电控系统
针对油井工况，配置 了智能电控系统，可实 现电动机软启动、功率 转换、自动调速等功能， 大幅度降低了抽油机电 能消耗,经检测单机日耗 电下降到230kW·h。
常规十型抽油机节能改造
C1检查阶段
C1 检 查 阶 段
C1-1 取得成效
按计划改造了30台抽油机，电机功率由原来的 22kW降为15kW，电控系统具备功率转换、自动 启抽、间抽等自动控制功能。经检测：整机平衡度 平均提高到88.6％，电流峰值普遍下降40％以上。