摘  要：针对高含水油井、稠油、低渗透区块、供液不足井的油田原油，采油工艺要求冲程长、或中低冲次，需要一种新型节能抽油机装置，以解决传统游梁式抽油机能耗高、系统运行效率低的问题，提出采用无功换向智能抽油机的技术方案，介绍了智能抽油机的组成、工作原理、特点、现场试验情况以及推广应用情况，并对应用情况作了综合评价分析等。实践证明，该智能抽油机具有系统整体运行效益高、节能效果好、安全可靠性好、易于调速、噪音低、智能化程度高、泵效高、平衡效果好、能有效提高油井生产时率、以及远传控制等优点，它的应用可以有效改善和优化稠油开发区块开发质量，对推进智能化信息化油田建设将会起到重要的促进作用，具有良好的推广应用价值。

关键词：智能化   无功换向   智能抽油机   节能

Abstract: Aiming at the high water cut wells, heavy oil and low permeability reservoirs, inadequate supply of oil well oil production process requirements, long stroke, or low speed, need a new type of energy-saving pumping unit, in order to solve the traditional beam pumping unit of high energy consumption, low system efficiency problems, put forward the technology scheme of power reversing intelligent oil pumping machine, introduces the composition, working principle, characteristics, intelligent pumping field test and application, and the application of the comprehensive evaluation and analysis etc.. Practice has proved that the intelligent oil pumping machine has the overall operation of the system of high efficiency, good energy-saving effect, good safety and reliability, easy to control, low noise, high intelligence, high pump efficiency, good balance effect, can effectively improve the rate of oil production, and remote control etc., it can effectively improve the application and heavy oil optimization of development block development quality, promote the development of intelligent information technology will promote the oilfield construction, has the good application value.

Key words: Intelligent   Reactive power reversing   Intelligent pumping unit

Energy saving

【中图分类号】TE933【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2017）08-0000-00

1 引言

近年来，随着国际油价持续低迷给油田开发企业带来很大的生产经营压力，而国内大多数油田都进入高含水开发阶段，油气开采难度逐年增大，特别是针对高含水油井、稠油、低渗透区块、供液不足井的油田原油，采油工艺要求冲程长、或中低冲次，需要一种新型节能抽油机装置，以解决传统游梁式抽油机能耗高、系统运行效率低的问题，提升油田开发经济效益^[1]。而无功换向智能抽油机是一种智能化新型机电一体化、高效节能产品，采用无能耗换向技术，比常规游梁式抽油机机械效率提高40%左右，节约能耗30%以上，采用智能模拟及数字混合控制，可根据载荷状况，自动调整冲次，实现与各种油井工况参数经济、合理的匹配，具有较高的适应性，智能抽油机在油田生产中得到不断应用，不仅可以提高油气开发生产效率，而且又能有效解决传统油气生产中的一些技术难题^[2][3]。为此，我们在调查研究的基础上，提出了《无功换向智能皮带抽油机在油田生产中的应用》这一研究应用课题，并取得了良好的现场应用效果。

2 无功换向智能抽油机的组成及工作原理

2.1 智能抽油机的组成

    无功换向智能皮带抽油机适合于稠油井、低渗透井、低液差的油井，由于其传动皮带较长，中间无皮带定位装置，容易出现皮带随风摆动的现象，不适合风大的地方，其结构主要由动力传动无功换向系统、平衡系统、悬挂系统、控制系统、机架底座系统、智能监控系统、电磁刹车系统等部分组成。

2.2 工作原理

    抽油机工作时，电动机通过电控系统控制实现正反转动，经减速器、弹性柱销联轴器驱动卷筒正反转动，经卷筒缠绕或释放钢绳芯胶带实现抽杆上下往复运动，实现抽吸原油。当电动机顺时针转动时(由电动机出轴端看电动机)卷筒缠绕钢绳芯胶带，提升抽油杆上行，同时释放钢绳芯胶带使配重箱下行；当电动机逆时针转动时(由电动机出轴端看电动机)，卷筒释放前钢绳芯胶带，使抽油杆下行，同时缠绕后钢绳芯胶带，提升配重箱上行。

2.3 智能抽油机的特点

(1)节能效果好。有关研究资料表明，该智能型抽油机采用无能耗换向技术，比常规游梁式抽油机机械效率提高40%左右，节约能耗30%以上。它在既无机械刹车也无电气制动条件下，靠系统动势能转换实现换向，保证了电机在减速或加速时既无回馈电流，也无启动电流，从而具有良好的节能效果。

(2)智能化程度高。抽油机控制采用智能模拟及数字混合控制，可根据载荷状况，自动调整冲次，实现与各种油井工况参数经济、合理的匹配，具有较高的适应性，可实现远程监控。

(3)平衡效果好。采用对称平衡方式，平衡精确，抽油机运转平稳、噪音小，减少额外动力消耗，无级调参、简单易行，经济效果显著。

(4)机械传动效率高。机械传动线路短，效率高，传动线路采用电动机——减速机——联轴器——卷筒的工作机构，减速机由软齿面减速机改为传动效率更高有硬齿面减速机，具有较高传动效率。

(5)泵效高。该智能抽油机采用长冲程抽油方式，抽油泵柱塞的实际冲程长度减少的比率少，提高了抽油机的排量系数和充满系数，具有较高的泵效。同时，减少抽油杆和油管的机械磨损，提升了抽油机的寿命。

(6)安全可靠。该智能抽油机在结构上对所有运动件均采用安全保护措施，安装了安全防护罩、防护网和控制系统防盗箱；采用电动和手动一体的刹车装置，具有断杆保护功能，当光杆发生断脱时电动刹车能在瞬间实现将配重箱制动。由于该智能抽油机的重心在机架内，永远不会发生抽油机翻机事故。

3 现场工程

3.1 智能抽油机现场试验参数

为验证该智能抽油机的使用效果，我们在井况相似的同层临近的2口油井上进行常规游梁式抽油机与智能抽油机的对比现场试验。现场对比试验数据如表1所示。

表1 智能抽油机与常规游梁式抽油机对比试验数据统计表

从表1中可以看出，该智能抽油机在两口相近工作参数下进行对比试验，运行电流明显下降，运行电流下降了8A，下降率达到21.6%，日耗量下降了40千瓦时，节电率可达到33.3%，配套电机功率可降低一个档次，使用电机功率相对小，可降低输入功率，提高抽油机井系统运行效率。

3.2 智能抽油机的现场应用参数

我们在前期先导性现场试验应用的基础上，2015年6月，对30口采用游梁式抽油机举升方式的油井实施智能抽油机整体节能技术改造，取得了良好的整体节能技术改造效果。项目实施前后30口油井生产数据前后对比见表2所示。

表2 项目实施前后30口油井生产数据前后对比表

从表2中可以看出，项目实施后，在油井保持相对稳定的前提下(产液量略有提升)，油井电机功率因数平均提高了0.361，平均单井日节电量达52kW.h，平均单井有功功率下降了2.16 kW，平均单无功功率下降了15.87kvar，百米吨液耗电量下降了1.39 kW.h/t，综合节电率达到40.8%，油井平均系统效率提升7.64%。通过改变油井举升生产工艺，优化了油井生产工艺状态，使油井处于高效、安全平稳的生产状态，降低油井变压器容量，达到了节能降耗和提高油井开采效益的目的，取得了良好的项目实施效果。

3.3 技术经济性能评估

通过采用无功换向智能抽油机在油田生产中的应用，有效地解决了部分油井系统效率低、能耗高、油井开采成本高、油井开采举升工艺不合理等问题，优化了油井生产工艺状态，使油井处于高效、安全平稳的生产状态，油井生产工艺更趋合理，取得了良好的经济效益和社会效益。

(1)变压器减容效益。通过实施无功换向智能抽油机在油田生产中的应用，降低了变压器容量，优化了油井供电系统运行。按照现行每1千伏安容量每月收取容量费13元的电费标准计算，降低电费支出。可降低年容量费用支出为

    12×13×450=70200(元)

(2)节能效益。项目实施后，其综合节电率达到40.8%，单井平均日节电达到52 kW，30口油井年节电量可达569400kWh，以每千瓦时0.631元计算，预计可节省电费支出为：569400×0.631=359291(元)。

上述二项合计，该项目实施后，则产生年直接经济效益为42.9491万元。

(3)减排效益。按照节约1千瓦时电能减排0.997千克二氧化碳，即减少0.272千克碳排放计算，则该智能抽油机应用后每年可减少碳排放154876千克，具有较好的减排效益。

(4)提升了油井系统运行效率。油井系统效率由项目实施前15.65%提升到项目实施后的23.29%，油井平均系统效率提升7.64%，达到了油井“能效倍增”的技术改造目标，完全符合油田生产绿色、节能、低碳、高效、共享的发展理念要求。

(5)提升了油井生产时率。该工艺技术具有油井免维修、延长密封组件的使用寿命、降低停机维修率、节省大量的维护费用的特点，不仅可减少了油井维修成本，而且提高了油井生产时率，增加油井采油工作效率和效益。

(6)安全可靠性好，操作简单方便。该智能抽油机自投入现场应用以来，运行平稳，极少发生运行机制故障，现场维护简单。同时，该智能抽油机具有电机变频调速功能，方便油井管理人员根据地层供液情况变化，合理确定油井生产工艺参数，具有方便快速和柔性调节控制等特点，特别在冬季低气温气候条件下，它能完全能满足油井连续生产长距离连续输送防止管道堵塞的工艺要求。

4 结束语

实践证明，无功换向智能抽油机是一种一种智能化新型机电一体化、高效节能产品，它采用无能耗换向、智能模拟及数字混合控制技术，具有系统整体运行效益高、节能效果好、安全可靠性好、易于调速、噪音低、智能化程度高、泵效高、平衡效果好、能有效提高油井生产时率、以及远传控制等优点，能有效解决传统游梁式抽油机能耗高、系统运行效率低等问题。它的应用，可以有效改善和优化稠油开发区块开发质量，提高油井系统运行效率，实现抽油机节能降耗，对推进智能化信息化油田建设将会起到重要的促进作用，具有良好的推广应用价值。

参考文献

[1]朱益飞.无线远程智能分层注水和化学智能选择性堵水技术在油田生产中的应用[J].智慧工厂.2017,17(4):99～101.

[2]朱益飞.运用先进监控技术确保油气管道安全[J].可编程控制器与工厂自动化.2010,10(6):99～101.

[3]朱益飞,石晓明,马冬梅.提高孤东油田机采系统效率的探讨[J].电力需求侧管理,2009,11(4):44～48.

作者简介