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

     近年來，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)工藝的改進及功率半導(dǎo)體器件價格的降低，變頻器越來越被工業(yè)上所采用。據(jù)統(tǒng)計，抽油機用電量約站油田總用電量的45％，平均運行效率只有25％，電動機功率因數(shù)低，電能浪費大。因此，如何挖掘抽油機節(jié)能潛力，推廣新技術(shù)在抽油機采油中的運行，是目前節(jié)能工作的重點。經(jīng)過在我國北方某些油田的試驗變頻調(diào)速較好的解決了抽油機采油過程的難點問題，成為油田抽油機提高效率、節(jié)能、環(huán)保的首選設(shè)備。

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

游梁式抽油機的工作原理

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

抽油機的負載和功率因數(shù)分析

       抽油機的電氣部分主要由三相異步電動機和控制電路組成。三相異步電動機的功率一般為幾十千瓦(常用的抽油機電機功率一般為5.5～75kw)，它帶動抽油桿作往復(fù)運行，抽油機的負載是不斷變化的，變化周期也很短，一般游梁式抽油機每分鐘有8～12個沖次(周期)，一個沖次有兩個沖程，每個沖次中負載變化兩次，而且重載工作時間很短。由于抽油機在抽油桿向上運動的半個周期內(nèi)電動機要克服抽油桿及油的重力而做功；在抽油桿向下運動的半個周期內(nèi)因為抽油桿動能與平衡塊的勢能差，會出現(xiàn)電動機被拖動旋轉(zhuǎn)超過同步轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象，此時電動機向電網(wǎng)反輸電能。在實際生產(chǎn)中，隨著油田開發(fā)的深入，地下原油的儲量逐年減少，抽油機工作時，“滿載”的次數(shù)逐漸減少，大部分時間是“輕載”或“空載”。由于負荷變化周期的上下兩個沖程各有一個死點，而抽油機電機都是帶載起動，總是從兩個死點中負載較大的死點開始起動。因此，要求抽油機電動機應(yīng)具有較大的起動轉(zhuǎn)矩，這樣就更加使得電動機在低負荷下運行。三相異步電動機的功率因數(shù)都比較低，額定負載時約為0.7～0.9，而在空載和輕載時只有0.2～0.3。而抽油電機的功率因數(shù)在抽油機1個沖程內(nèi)的變化極大，雖然有時達到了0.8左右，但是大多數(shù)時間是在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

      由于抽油機負載不是恒定負載，而是周期性變化的負載，在油井的初期、中期、后期負載也不一樣，因此容量的選擇是一個重要且復(fù)雜的問題，要考慮變頻器容量與電動機容量的匹配，容量偏小會影響電動機有效力矩的輸出，影響系統(tǒng)的正常運行，甚至損壞裝置，而容量偏大則電流的諧波分量會增大，電機功率因數(shù)較低，也增加了設(shè)備投資。抽油機起動時總是從兩個死點中負載較大的死點由低頻低壓開始起動，隨著電機轉(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。一般要求變頻器的額定電流大于等于電動機的額定電流即：IFN≥IMN

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