游梁抽油机节能电机合理匹配探讨

游梁抽油机节能电机合理匹配探讨
摘要：依据油井作业的实际情况，恰当的选择电机，再辅助以适当的无功补偿，完全可以实现整个油井采油系统的能耗节约，一般来说，整体节约达到 20%也是完全有可能的。

油井的不同、电机的不同等都会造成实际节能效果的不同，不可能一种好的电机就绝对适合任何一口油井。

总的来说，能够影响整个油井作业时的能耗因素有很多，在制定节能举措时也要依照实际情况采取不同的措施。

关键词：游梁抽油机；机杆泵系统；周期交变负载；节能电机
1 游梁抽油机节能的潜力
目前，游梁抽油机在国内众多油田中应用的比较广泛，该种装备是国内采油事业所依赖的主要设备。

据相关统计，国内的油田中有97%的油田采用的是机械采油，而在这些机械采油的油田中，有95%的油田采用的游梁抽油机进行石油的开采工作，所以，解决该种电机在实际中出现的问题迫在眉睫，应当引起重视，否则无法降低石油开采的成本。

2 游梁抽油机系统的运行特点
游梁抽油机是机、杆、泵组成的复杂系统，其运行特点如下：
2.1 游梁抽油机是一种带有冲击性的周期交变负载，起动转矩大，在一个周期（一个冲次）内负载波动很大。

这种负载要求驱动电机在选择容量时留有足够的余量，这样才能保证电机有足够的能量克服启动时的转矩，使电机正常启动。

在运行过程中有足够的过载能力，用以克服交变载荷产生的最大扭矩，所以要留有较大的裕度。

游梁抽油机在运行过程中电机的负载较轻，所以其运行的效率和功率因数较低。

2.2 曲柄的角度在游梁抽油机运行过程中是不断变化的，产生的效果跟随角度的变化也是不同的，与此同时，内电机在一个冲次内其电流大小及方向也是不断变化的，因此一个冲次内存在两个瞬间发电的状态，这时发电的情况与平衡有关，平衡的效果越差，其发电越大，平衡较好时，电机发电的状态只有一次，所以电机从电动到发电，然后再反过来，这一过程决定了电机的功率因数较低。

2.3 游梁抽油机是由很多零部件组成的一个复杂系统，抽油杆在该系统中起有重要作用。

一般情况下，由于抽油杆都很长，所以在使用时容易发生弹性形变，尤其在速度增大时，产生的形变量更大。

抽油杆产生的这种形变将对电机中光杆和泵中活塞的运动产生较大的影响，因此在电机的工作时一定要注意观察抽油杆形状的变化。

实际中，抽油杆的弹性形变能够减少活塞的行程，从而影响游梁抽油机系统的工作效率，所以能够看出，抽油杆的形变能够影响电机的工作效率，应当予以重视。

3 常用的节能电机及其特点
3.1 稀土永磁同步电机。

其转子是由稀土永磁材料和起动鼠笼组成。

所以这决定了该种电机比一般的电机能耗较小，其电机本身比一般电机高出6个百分点，其功率因数能够达到0.9以上，这是这种电机的优势。

该种电机启动时电流比一般电机高，启动过程中电机的转矩有所震荡，所以在购买时，该种电机的价格比一般电机的价格要高出一倍，但是电机会出现退磁的现象，这是其不足之处。

3.2 电磁滑差电机。

这种电机与普通电机主要在结构上有所差别，就是在普通电机上的电机轴与负载轴之间安装一个电磁离合器，所以其传递扭矩能够随着离合器的励磁作用影响电流的变化，对励磁电流的控制是通过电机的反馈系统实现的。

在电机冲击载荷较大时，离合器的滑差较大，所以能够使得电机与自身的系统拥有较好的配合，从而实现平滑的调速。

在系
统的节能中除去滑差以及励磁损耗，能量的消耗所剩无几，基于这种状况，电磁离合器和励
磁控制系统对于成本的控制较高，目前，此种电机主要用于解决低冲次的问题。

3.3 双功率电机。

这种电机与普通电机的根本区别在于定子的绕组，该种电机的定子绕组是
一个串联的、有抽头的绕组。

该种电机中其定子工作功率不尽相同，如37kw的电机，一个
定子的功率是 37kw，而另一个的功率是 22kw。

控制柜中有一个电流检测电路，该电路能够
实现绕组的自动切换，所以在启动时可以投入大功率，运行时可以保持较小的功率。

该种电
机的价格和普通电机的价格相差无几，但其经过相关的改造后有节能的作用。

3.4 超高转差电机。

其转子是一种高阻转子。

该种高阻转子能够实现软特性，当电机的冲击
载荷发生变化时，其转速跟着产生相应的变化，减速机和电机之间的扭矩趋于平缓，其扭矩
的大小明显降低，同时能够改善了机、杆、泵三者之间的配合，提高泵的充满系数，增加产
液量，这种相互配合互相反馈的系统，使整个电机系统节约了能源。

另外，此种电机也有不
足之处，例如损耗较大，功率较小。

4 节能电机的选择方法
游梁抽油机的机构较为复杂，它是由机、杆、泵三部分组成，该系统的组成较为复杂，电机
的节能不能只注重电机的本身，更重要的是油井的工况。

我国的油田的开采处于开采的中后期，同时油田的工况情况也越来越复杂。

除高含水外，还应当那个考虑低渗透以及稠油的状况，下面就针对工况中出现的问题进行讨论。

4.1 对于高含水，泵放置的位置较浅，其冲次次数不高。

并且其抽油杆形变量也不大，主要
是解决“ 大马拉小车”的问，这时电机功率不能合理的利用，所以在实际中电机选择8级的双
功率电机，这样电机的能量就能够合理的利用，如果选择12级的电机，那么对于电机的节
能作用就很难实现了。

4.2 对于高含水，泵放置的位置较深的情况，其冲次的次数也不多。

由于泵放置的较深，尽
管其冲次的次数不多，一般情况下选择8级电动机，主要是考虑电动机工作效率的问题，与
一般的电机相比，该种电机硬度适中，但是起启动时的转矩较大，电流较小，其过载能力较大，所以能够降低其功率等级，一般节能效果不考虑12级以上的电机。

4.3 针对高含水，高冲次，泵放置的位置应当在更深的地方。

因其冲次高以及泵的放置位置
较深，所以在抽油杆弹性形变发生过大的形变时，工作人员不能够按照需要解决问题。

筛选
软特性电机，不仅能够实现整个系统的配合，更重要的是能够提高系统的工作效率。

这种做
法能够有效地减小电机的转矩峰值，从而降低抽油杆脱断的可能性。

4.4 针对稠油，低冲次的情况。

稠油、低冲次抽油杆弹性形变程度并没有明显变化，这能够
实现点击的低转速。

这时主要是能够实现电机的低转速，从设计的角度来看，一定要考虑电
机的制造成本，所以要考虑电机的体积，同时还应当保证电机的功率因数以及电机的工作效率，通常选择设计8级的电机，因为这种类型的电机成本较低，同时还能够保证相应的功率，对于10至12级的电机设计较少，在市场上的应用也较少。

目前，市场上出现的都是一些等
级较低的电机，这种电机不仅能够满足人们的需求，更重要是的能够起到节能的作用，这种
电机才真正符合时代发展的需求。

4.5 针对冲次低，供液不充分的情形时，首先由于冲刺较低的抽油杆所产生的弹性形变程度低，所以在这里主要考虑电机的低转速，电机的选择以电磁滑差电机或者变频调速电机都是
较为理想的选择，特别是针对那些供液不平稳，上下波动幅度较大的情形时，例如有时需要
4-5次，甚至更高，在这个时候选择以上两种电机就显得非常的合适。

4.6 针对冲程长，冲次低的情形，其突出问题就是“大材小用”。

在冲次低时，由于换向加速
度较小，对抽油杆形变的影响较低。

所以可以考虑运用8极的双功率节能电机或者其他较为
理想的电机，除此之外，也可以选择8极的高转差电机，该种电机也能够有效地解决“ 大材小用”的问题，从而实现电机的节能作用。