一．概況
抽油機(jī)是目前采油生產(chǎn)中的主要設(shè)備，其數(shù)量達(dá)10萬臺(tái)以上,。電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘吭?500萬KW,，年耗電量達(dá)百億度以上。抽油機(jī)用電量約占油田總用電量的 40%,，運(yùn)行效率非常低,，平均運(yùn)行效率只有25%，功率因數(shù)低,，電能浪費(fèi)大,。因此，抽油機(jī)節(jié)能潛力非常巨大,，石油行業(yè)也是推廣“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能”的重點(diǎn)行業(yè),。
二．抽油機(jī)變頻改造的幾個(gè)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(fù)荷。
2. 動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度,，一方面節(jié)能,，同時(shí)增加原油產(chǎn)量,。
3. 實(shí)現(xiàn)真正“軟起動(dòng)”對(duì)電機(jī)變速箱抽油機(jī)，避免過大機(jī)械沖擊,，延長設(shè)備使用壽命,。
三．抽油機(jī)負(fù)載分析
1. 國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的是游梁式豎井抽油機(jī)，它有三部分組成：
1) 地面部分：由電動(dòng)機(jī),、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(jī)和井下抽油泵的中間部分,。

2. 抽油機(jī)的電機(jī)負(fù)荷是按周期變化的，開始起動(dòng)時(shí),，負(fù)荷很大,，要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩很大。正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率很低,，一般在20%左右,，高時(shí)負(fù)荷率只有30%。電機(jī)的負(fù)荷曲線有2個(gè)峰值,，分別為抽油機(jī)上,、下沖程的“死點(diǎn)”。
抽油機(jī)在未進(jìn)行平衡的條件下,，上,、下沖程的負(fù)載極度不均衡，在上沖程時(shí),，需要提起抽油桿柱和液柱,，電機(jī)需付出很大能量。在下沖程時(shí),，抽油桿柱對(duì)電機(jī)作功,，使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。通常在抽油機(jī)的曲柄上加上平衡塊,，消除上下沖程負(fù)載不平衡度,。平衡塊調(diào)節(jié)較好，其發(fā)電狀態(tài)的時(shí)間和產(chǎn)生的能量就小,，由于抽油載荷是每時(shí)每刻在變化,，平衡配重，不可能隨抽油負(fù)荷作完全一致的變化,，絕大部分抽油機(jī)配重嚴(yán)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(dá)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(jī)的負(fù)載特性：是恒速運(yùn)行,，由于配重,，是變轉(zhuǎn)矩，變功率負(fù)載在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)有兩次發(fā)電狀態(tài),，起動(dòng)力矩大,、慣性大。在國內(nèi)油田使用的抽油機(jī)普遍存在的問題：運(yùn)行時(shí)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(shí)空抽現(xiàn)象。
四．傳統(tǒng)抽油機(jī)變頻器改造的難點(diǎn)
國內(nèi)對(duì)抽油機(jī)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(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中，有兩次發(fā)電狀態(tài),，尤其當(dāng)配重不平衡時(shí),，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(dòng)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(jī)起動(dòng)需要較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,，如變頻器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，易造成過流或不能起動(dòng),。
3) 以往的變頻節(jié)能改造設(shè)計(jì)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(duì)當(dāng)前抽油機(jī)變頻改造存在的問題，我司提出以下解決方案：
1) 采用變頻調(diào)速技術(shù),，使電機(jī)轉(zhuǎn)速與抽油機(jī)負(fù)載匹配,。在前期井中由于剛開采，油量大，讓變頻器運(yùn)行到65HZ,，電機(jī)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?zèng)_程，一般頻率運(yùn)行至35~40HZ之間,，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降30%,。節(jié)電率可達(dá)25%，而且提高了功率因數(shù),。
2) 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)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(dāng)油井的供油能力小于抽油泵排量時(shí),，就造成泵抽空和液擊現(xiàn)象。降低頻率,，電機(jī)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(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)上下行程的速度,，適當(dāng)降低下行程速度，提高泵內(nèi)的充滿度,，適當(dāng)提高上行程速度,，可減小提升中漏失系數(shù)，使抽油機(jī)工作在最佳運(yùn)行狀態(tài),，有效提高單位時(shí)間內(nèi)原油產(chǎn)量,。
4) 起動(dòng)力矩大，運(yùn)行中負(fù)荷低,，沖擊電流大
要從根本上解決問題,，加大電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)或增大減速箱速比，增大輸出力矩,。變頻器正常運(yùn)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(dòng)電阻值,，提高制動(dòng)系統(tǒng)的耗電能力，或直接使用回饋制動(dòng),，減小能量損失,；
? 發(fā)電時(shí)，頻率增大,。
6） 防空抽,，增產(chǎn)。動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖程頻次和上,、下行程速度,。設(shè)定電機(jī)的輸出功率標(biāo)準(zhǔn)值，實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)輸出功率,，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,，大于標(biāo)準(zhǔn)值，加速,。反之減速,，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
六．抽油機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)
大慶油田82-X110抽油機(jī)是一臺(tái)游梁式抽油機(jī),，電機(jī)功率為22KW,，磁極數(shù)為8極。采用深圳市易能電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的智能高效抽油機(jī)節(jié)電器進(jìn)行變頻器節(jié)能改造,。
在抽油機(jī)上行程運(yùn)行時(shí),，設(shè)置變頻輸出頻率為50Hz，下行程運(yùn)行時(shí),，設(shè)置為30Hz,。
抽油機(jī)工頻運(yùn)行參數(shù)：
運(yùn)行一個(gè)周期電流變化：20.1A~30.7A
4小時(shí)平均耗電度數(shù)：4.7度/每小時(shí)
抽油機(jī)節(jié)能運(yùn)行參數(shù)：
運(yùn)行一個(gè)周期電流變化：4.9A~18.7A
4小時(shí)平均耗電度數(shù)：3.9度/每小時(shí)

七．結(jié)束語
由于油井的類型和工況千差萬別，井下滲油和滲水量每時(shí)每刻都在變．抽油機(jī)的負(fù)載變化是無規(guī)律的,，故采用變頻調(diào)速技術(shù),，使抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律適應(yīng)油井的變化工況，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的提高,，達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)的目的,。