第一篇：抽油机节能降耗技术分析论文
摘要：随着长庆油田勘探开发时间延长，开发条件更加复杂，部分设备老化，抽油机整体运行中能耗较高的问题比较突出。因此，有必要结合抽油机的运行原理、工作特性和能耗因素分析，对节能降耗、节电运行的技术措施进行探究。
关键词：机采系统；影响因素；技术措施
油田采油作业现场的机采系统能耗占到总体能耗的30%以上，是油田作业的能耗大户，在当前原油价格持续低位运行的情况下，采油作业降本增效压力持续加大，本文通过对抽油机现场能耗情况分析，对节能降耗工作进行了探究。
1抽油机能耗基本情况
1.1抽油机运行原理及工作特性
抽油机运行可以简单的看作是活塞运动，也就是通过空气、水压入井下压后，将井下原油抽出的设备，通过利用井下抽油管柱的往复运动，对油气储层中储藏的油气资源产生吸力，使油气资源沿管道抽出井口。当前应用较多的是游梁式采油机，动力供应装置为电动机，通过平衡杆及平衡端的平衡块装置带动抽油杆运动，确保抽油泵的活塞式往复运动，将油气资源采出。
1.2影响抽油机能耗的因素
抽油机运行过程即能量转换过程，每次能量转换都伴随能量损失，地面供能系统提供能量扣除能量损失后剩余能量即机采系统的有效能量，后者与前者比值即机采系统运行效率。一是机采系统设备因素。机采系统运行效率主要取决于功率损失和输入功率的比值，提升机采系统效率就需要降低损失掉的功率。从机采系统设备方面看，主要功率损失因素有：电机损失，电动机作为抽油机功能设备，主要损耗为自然损耗和不当操作损耗，前者是机械长期运行后的机械疲劳和机械磨损造成的电量消耗增加，后者是未按照正确操作顺序操作造成电量增加；皮带和减速箱传动损失，主要是皮带、连杆、齿轮和减速箱等设备构件在传动中因磨损造成的损失；杆端损失，主要是轴承老化、钢丝绳变形、抽油杆弹性变形、泵体机械损伤等造成的损失，长期磨损不仅会加大电量损耗，还会造成机械故障引发设备损坏；管柱损失，主要是水力损失。二是抽汲参数因素。抽油机的冲程（S）、冲次（N）、泵径（D）、下泵深度（L）、抽油杆尺寸等抽汲参数对能耗影响较大，比如在相同条件下，降低冲次可降低能耗，加大泵径也可以降低能耗。三是管理因素。管理因素主要是考虑合理确定平衡比、举升高度等，特别是抽油机分布点多面广的特点，需要配套建设供电线路，所以要合理考虑电路系统设计安装。同时，在配套设备上，抽油机配套三相异步电动机的就地补偿会因为配电箱接线破损、电容击穿等，造成电容量不足，使无功功率得不到补偿，降低运行效率。
2抽油机节能降耗的技术措施
2.1合理配置电动机容量
要根据采油抽油机运行需要，及时配置适宜的电动机，坚决杜绝“大马拉小车”等问题。要积极改进电机接地方式，在轻载情况下利用Y接地，重载情况下采用△接地。在合理计算经济性价比前提下，可进行高转差电机、永磁电机等设备的更换安装。抽油机驱动设备多是利用感应设备进行控制，长期运行中会因为环境因素造成操纵感应失灵而降低运行效率，所以要在相关线路上进行补偿电容器安装，确保电压保持在正常水平。
2.2减少皮带传动损失
常用皮带的传动效率分析看，综合考虑皮带价格，窄型V带传动效率更高，要尽量更换窄型V带，并将皮带大小轮保持四点一线，合理确定皮带的松紧度。
2.3应用节能型盘根
常用类型的盘根盒功率损耗情况分析看，不同材质的盘根盒，在不同润滑条件下，能耗差异较大，综合分析，应用石墨类的密封型材料，可以较好地实现节电目的。
2.4合理确定抽汲参数
要根据抽油机运行情况，及时调整抽汲参数，确保合理的举升高度。一般情况下，举升高度增加后，机采系统运行效率提升、能耗降低，但并非简单的线性关系，在达到某一数值后就不再上升，所以，一般情况下下泵深度在1100m以内时，可将举升高度保持在400-800m范围内。
2.5合理配置机采系统设备
对抽油机运行而言，影响功率的一个重要因素是设备。要进行电动机电压自动调节装置安装，根据电压的正弦波动值对电动机功率因数和运行电流数进行调整，并合理确定控制晶闸管的控制深度，可以及时进行电机电压制度，实现节能目的。要进行全自动感应检测间歇抽油控制装置的安装，对抽油机运行进行实时调节，在油井地层供油充足情况下，可以加大机采系统运行效率，提升油气采收速度；在地层中供油不充足时，要将机采系统进行待机，在检测到地层原油积累到可供开采的情况下，再重新启动机采系统进行采油作业，通过合理的启闭机采系统实现节电目的。
2.6加强作业人员岗位培训和节能教育
集采作业系统很多环节是由作业人员进行的，还不能完全实现机采系统自动化作业，所以作业人员对作业规程的熟悉和掌握程度会影响到能耗，要通过教育培训，提升作业人员对规范操作的认识，及时采集各类作业数据，调整工作状态，特别是无关的设备要做到随时关停，减少电力损耗。
3结束语
综上所述，在油田勘探开发中，机采系统是能耗的主要方面，而能耗水平高低直接影响到油田的整体能耗，通过对抽油机能耗的影响因素进行分析，为采取针对性的节能降耗措施提供了指引，有利于提升集采作业系统运行效率。
参考文献
[1]郭登明.游梁式抽油机的节能改造[J].钻采工艺，2002（3）.[2]苏德胜.游梁式抽油机节能机理综述[J].石油机械，2001（5）.
第二篇：抽油机简介论文
抽油机
一、结构
常规游梁式抽油机主要由以下部件组成：
1、悬绳器
2、吊绳
3、驴头
4、游梁
5、游梁支撑
6、支架总成
7、曲柄总成
8、尾轴承总成
9、横梁总成
10、连杆装置
11、减速器
12、底座总成
13、护栏
14、刹车装置
一、整机
常规游梁式抽油机，动力由电动机通过皮带传动到减速器，然后由减速器输出轴驱动曲柄、连杆、游梁、驴头，带动悬绳器做上下往复运动，实现对原油的抽汲。
整机主要由驴头总成、悬绳器总成、游梁总成、中轴总成、支架总成、横梁总成、连杆总成、曲柄总成、刹车总成、底座总成、电机装置等部件组成。
二、游梁总成
游梁总成由型钢和钢板组焊而成，游梁前端通过驴头连接销将游梁连接板与驴头连接板装配固定，后端与尾轴承座相连接，中间与游梁支座总成中的中央轴承座相连接。安装在支架顶面调位板上的4个调节螺栓，可以对游梁进行位置进行微调，以使驴头悬点对准井口中心，防止由于驴头的偏心引起抽油杆的磨损或其它损坏。
三、中轴总成
游梁支座总成由轴、轴承座、螺栓、轴承、油封、油杯等组成。中轴总成通过轴与支架支座装配连接，并与游梁通过螺栓连接。
四、支架总成
支架总成是由前架、后撑、护栏和支座等组成，前架和后撑是由型钢组焊并装配而成的塔型结构。前架上装有梯子。支架通过支架支座和游梁支座总成与游梁装配连接，底部连接板通过螺栓与抽油机底座装配连接。
五、横梁、连杆总成 横梁由型钢、钢板焊成的Ⅰ形截面梁，通过其轴承座装于游梁尾部，其两端与连杆相连。
连杆由无缝钢管和上、下接头组焊而成。它与连杆销、曲柄销构成了横梁与曲柄的连接。
六、曲柄总成 曲柄总成由曲柄、平衡块、锁紧块等零件组成，用来平衡光杆负荷对减速器产生的扭矩。两曲柄通过锁紧螺栓对称固定在减速器的输出轴上，减速器输出轴通过楔键与曲柄相连接，传递扭矩。曲柄上有五个相同的孔，用来调整抽油机冲程，以适应不同的井况。
曲柄的上部和下部有导槽，并且曲柄上有齿条和平衡块重心半径刻度。如果要调整曲柄的位置，将曲柄置于垂直位置，用吊车吊住曲柄，松开固定平衡块的螺栓，卸掉锁紧块（注意不能将螺栓卸掉），移动平衡块到所需位置，安装锁紧块，拧紧松开的螺栓。
七、电机总成及电动机控制柜
电机总成主要由小皮带轮、电动机、T型螺栓、导轨、顶紧螺丝等零件组成。电动机导轨安装在抽油机底座的导轨上，电动机相对抽油机底座可在前后左右四个方向上调整位置，用以调整皮带的松紧。电动机与小皮带轮连接，可以方便更换不同直径的电动机皮带轮，从而使抽油机得到不同的冲次。通过电机控制柜实现对电机工作状态的控制。
八、刹车总成
刹车总成为减速器总成中的制动器提供制动力矩。
九、底座总成
底座总成主要由型钢、钢板组焊而成，前端安装支架，中间台座安装减速器，后端安装电机装置、刹车装置。底座前端上表面有游梁中心线垂直投影的标记，用于底座对油井中心线的找正和支架、游梁对底座的找正。
十、悬绳器、光杆卡子、吊绳
吊绳是钢丝绳，挂在驴头上部绳架体上，下部挂上悬绳器。悬绳器上光杆卡子可分别卡住不同直径的光杆。
十一、驴头总成
驴头为侧翻式结构，由钢板组焊而成。游梁与驴头采用销轴连接，修井作业时，须将驴头一侧的两个销轴卸下，以便作业。
十二、减速器总成
减速器为两级分流式人字型双圆弧齿轮传动，减速器由电机通过皮带直接传动，从而使曲柄做旋转运动带动连杆、横梁、游梁、驴头运动，使悬绳器做上下往复运动。
主动轴一端安装大皮带轮，另一端安装制动器。从动轴两端均开有两个互成90度的键槽，其中一个装楔键与曲柄相连，另一个为备用键槽。当抽油机工作相当时期后，将曲柄拆卸再与备用键槽装配运转，以使最大负荷移到磨损较小的齿上，从而延长减速器齿轮的使用寿命。
二、工作原理
工作时，电动机的传动经变速箱、曲柄连杆机构变成驴头的上下运动，驴头经光杆、抽油杆带动井下抽油泵的柱塞作上下运动，从而不断地把井中的原油抽出井筒。
三、工作特点
游梁式抽油机具有性能可靠、结构简单、操作维修方便等特点。技术参数符合中华人民共和国行业标准SY/T 5044《游梁式抽油机》和美国石油协会API标准，技术成熟。
主要特点:
1、整机结构合理、工作平稳、噪音小、操作维护方便;
2、游梁选用箱式或工字钢结构，强度高、刚性好、承载能力大;
3、减速器采用人字型渐开线或双圆弧齿形齿轮，加工精度高、承载能力强，使用寿命长;
4、驴头可采用上翻、上挂或侧转三种形式之一;
5、刹车采用外抱式结构，配有保险装置，操作灵活、制动迅速、安全可靠;
6、底座采用地脚螺栓连接或压杠连接两种方式之一。
第三篇：抽油机超越离合器节能增产技术应用与分析
抽油机超越离合器节能增产技术应用与分析
罗艳玲，吴克明，尹敬山
（大庆油田有限责任公司 第六采油厂）
摘 要：抽油机安装超越离合器后，可使抽油机原双向动力传动系统变为单向动力传动，不平衡负荷不再反拖电机发电，消除负功，提高电机和皮带的传动效率, 在皮带轮轮径不变的情况下，抽油机可以动态微量调整冲次, 降低交变载荷，提高泵效，在达到油井增产的同时，提高系统效率，达到节能目的。本文介绍了超越离合器在喇嘛甸油田现场应用的节能效果，证明该技术具有很好的推广价值，认为这是解决抽油机节电的又一重大发展方向。关键词： 抽油机井；超越离合器；节能降耗 喇嘛甸油田已进入高含水后期开发阶段，机械采油井生产用电量已占油田总用电量的1/3左右。对于游梁抽油机的节电已有许多研究和应用，并已取得较明显的节能效果。但是，挖掘抽油机节能潜力、创造更大的经济效益，仍然是采油工程技术研究的重点工作。1 抽油机电机发电与节电
抽油机的用电普遍存在着电机平均负荷率低和抽油机拖动电机发电的现象。由于这种状态发生时没有明显的不良反映和后果，因而没有引起人们的足够重视，以致很少有人对它进行研究和处理。但是，抽油机电机的这种异常发电状态如果不及时控制，长期下去就可能对油田现场电网和电机造成不良影响，因此有必要首先分析研究抽油机工作中电机的发电运行机理，以便采取措施对其进行有效的控制。1.1 存在发电现象
由于抽油机负载波动很大，在抽油机的正常运转中会出现抽油机的运转速度大于电机对它的驱动速度的情况，这时抽油机就拖动电机发电。从现场实测的上百井次的抽油机用电功率曲线来看（图1、2），都存在抽油机拖动电机发电的情况，最大发电功率可达40 kW。
图1 某抽油机井实测扭矩特性曲线 图2 某抽油机井实测电功率曲线 1.2 抽油机拖动电机发电浪费机理浅析
1.2.1从能量转换的角度考虑，电网的电能由电机转换为机械能，传送给抽油机。设此时转换效率为η1，当减速箱输入轴的转速大于电机对它的驱动速度时，抽油机拖动电机运转，抽油机将一部分能量传送给电机，由电机再将这部分能量转换为电能馈送回电网。设此时的转换效率为η2，整个电能--机械能--电能转换过程的总效率η0＝η1*η2，因为总效率是2个小于1的数的乘积，所以 作者简介：罗艳玲（1971－），助理工程师，现从事油田地质开发工作。
总效率很低，说明在整个电能--机械能--电能的转换过程有很大一部分能量被浪费掉。1.2.2 电机电能被电网的利用，还有待于进一步研究。但是，由于电动机发的电不会完全与电网同步和存在线路损耗，可以肯定电机发的电不能完全被电网利用。
1.2.3 发电量由抽油机平衡状态决定。由现场实测示功图和电功率曲线对比可看出，一口井的供液情况相对好时，平衡好，发电少；供液情况差时，平衡差，发电多。在我国新颁布的电业法中明确规定，用电器的功率因数必须达到0.85以上，否则将处以120%的罚款，这对使用电业部门电力的油田来说，提高抽油机的功率因数迫在眉睫，而解决“倒发电”又是首当其冲的问题。2 抽油机超越离合器技术原理
超越离合器是一种只能单方向传输动力的机械机构，如自行车的飞轮。一般情况下，当曲柄的转速大于电动机作用于曲柄的驱动速度时，电动机做负功。而安装超越离合器后，在电动机做负功的瞬时由于棘轮的脱开可实现瞬态超越，使得原双向动力传动系统变为单向动力传动，动力不能反传回去，此时电机相当于空载运行，不平衡负荷不再反拖电机发电，消除了负功，可提高电机和皮带的传动效率，最终可达到增产和节能的目的。可将超越离合器安装在减速箱大皮带轮或电机皮带轮上，在基本不改变抽油机原有工作制度情况下，达到节能的目的；对抽油机的改动较小，安装便捷，重要的是对现场管理没有任何附加的影响。
对一个有离合器的抽油装置，离合器在负的净转矩期间从转满到离合，零转矩施加在组合皮带轮轴上，这种离合器允许齿轮、曲柄、连杆、游梁、驴头以及光杆在抽油杆柱或平衡块的重力作用下自由下落。根据负转矩时间长短，离合器至少每冲程周期离合一次。
此次现场应用的是新型磁力复位棘轮棘爪式超越离合器--MR超越离合器，该离合器用永磁件作为离合的部件，其优异性能在抽油机应用上得到充分体现。相对于滚柱或楔块式超越离合器，MR超越离合器的使用扭矩和工作寿命的关系曲线得到显著改善，该离合器最高已经在抽油机上额定工作扭矩下满载连续运行了3年。3 超越离合器现场应用与分析 3.1 超越离合器现场应用
2004年在喇嘛甸油田共安装试验了8口井，在减速箱皮带轮上安装6口，在电机皮带轮上安装2口，其中水驱5口井，聚驱3口井，机型全部为CYJY10-4.2-53HB。根据对其中7口井安装前后系统效率对比测试结果，平均冲次增加了0.23 次/min，产液量平均增加了6t/d，有功耗电平均下降1.66kW，平均系统效率由30.36%提高到41.97%，提高了11.61个百分点，平均有功节电率14.58%，见到了较好的节能及增产效果。
以水驱5-2414井为例，安装超越离合器前产液90t/d，有功17.69kW，系统效率43.94%，冲程2.92m，冲次7.75次/min，光杆悬点最大载荷53.88kN，最小载荷20.49kN。安装超越离合器后冲程不变，冲次7.96次/ min，增加了0.21次/min；产液95t/d，增加了5t/d；有 功14.96kW，下降了2.73 kW；系统效率55.98%，提高了
12.04个百分点；光杆悬点最大载荷52.38kN，下降了1.5 kN；最小载荷24.90kN，上升了4.41kN，3 交变载荷减小。
从功率与电流曲线看，峰值功率由55.10kW下降到52.40kW，下降了2.7kW，且消除了负扭矩，对电机没有反馈发电现象（图3、4、5）。
图4 L5-2414装前功率曲线 图5 L5-2414装后功率曲线 3.2 超越离合器应用分析
解决“倒发电”问题的方法有很多，如超高转差率电机、调压控制器、变频调速器等（见表1），这些方法只能减轻“倒发电”的程度，不能彻底消除“倒发电”现象。既经济又能彻底杜绝“倒发电”现象。表1 节电技术对比 节电措施 优点
不足 节电率 系统效率提高百分点 无功补偿
提高电机功率因数 使电机发电严重 10%左右 0 超高转差率电机
提高低负荷率下的效率和 功率因数
电机仍存在发电 8%～12% 3左右
调压节能 同上 同上 5%～10% 3左右 双功率电机 同上 同上 10%左右 3左右 永磁电机 同上 发电更强 10%～15% 5左右
超越离合器
用机械方法避免电机被拖动发电 不提高用电期的效率与功率因 数
15%～20% 11左右 整体参数优化
提高低负荷率下的效率 不提高功率因数,电机仍存在 发电
15%～25% 14左右 电机合理匹配
提高效率和功率因数 发电更强
10%～15% 4左右 3.3 安装井的选择
尽管超越离合器可用于所有抽油机井，但是它的性能却因井的不同而不同。经过试用发现，在高GOR的浅井中和平衡较差的泵井中使用效果较好。选择安装井的关键是动态载荷会损坏抽油杆柱。动态载荷Wd可以粗略地表示为： baWg Wrd
作用在抽油杆上部的Wt，可表示为：
WtWrWrg ab
Wr---抽油杆的总重量，αb---下冲程加速度。
如果计算的总载荷大于抽油杆柱承受力，就有动态载荷压坏抽油杆柱的危险。在这种情况下，参数影响αb，象n，S这样的参数就需要调整，应该考虑在安装超越离合器期间减小动态载荷。4 结术语
基于理论和现场测试数据分析，获得以下认识：
（1）安装超越离合器后，使得原双向动力传动系统变为单向动力传动，不平衡负荷不再反拖电机发电，基本消除了负功，提高了电机和皮带的传动效率，说明抽油机拖动电机发电过程浪费电能，其节电潜力有很大空间。
（2）安装超越离合器后，泵效明显提高，在皮带轮轮径不变的情况下，冲次平均增加0.23次min-1，同时降低了交变载荷，适应抽油机井的生产需要。
（3）在达到油井增产的同时，有功百米吨液耗电反而有所降低，从而提高了系统效率，达到了节能目的。（4）抽油机调平衡能部分解决抽油机拖动电机发电期的电能浪费问题，但不能完全解决。参考文献：
［1］金 锋．高效抽油机节能装置［J］．华北石油设计：1998，（4）：50-52 ［2］张继震，等．.游梁抽油机的用电 发电与节能．《石油矿场机械》：2001年第30卷 ［3］孙正贵，等．“游梁式抽油机倒发电现象的消除与节能”．《承德石油高等专科学校学报》；2003年第5卷 ［4］Baoyun Guo，等．“用磁性离合器改善油杆泵性能”．路易斯安那大学： SPE76771 编辑：汪玉华
第四篇：游梁抽油机危险分析
游梁式抽油机的危险分析与防范措施、石油生产中的游梁式抽油机采油是靠电动机通过三角皮带、减速箱、曲柄连杆机构，把高速旋转运动变成驴头低速上下往复运动，再由驴头带动抽油杆做上下往复直线运动，抽油杆带动井下抽油泵活塞作上下往复运动，将油井中的液体抽至地面。游梁式抽油机在将电能转换为上下往复直线运动拉动深井泵抽油的运行过程中，存在着漏电危险、旋转运动碰伤危险和机械伤害危险等；在维修作业过程中存在着机械伤害危险、触电危险、高空坠落危险、高空落物危险和皮带挤手危险等。为减少、杜绝游梁式抽油机造成的人身伤亡事故，更好地消减巡回检查和维修作业危险因素，笔者分析了游梁式抽油机存在的危险，有针对性地提出了防范措施。
1概述、游梁式抽油机存在着十大危险。这十大危险是：①平衡块旋转危险；②皮带传动危险；③减速箱高处作业危险；④电机漏电危险；⑤操作台高处作业危险；⑥电机电缆漏电危险；⑦节电控制箱漏电危险；⑧刹车失灵危险；⑨毛辫子悬绳器危险；⑩攀梯危险。游梁式抽油机十大危险对应的部位如图1所示。
2、危险分析及预防对策 2.1、平衡块旋转危险 2.1.1、平衡块旋转危险分析、油田的游梁式抽油机平衡块旋转区在抽油机的左右两侧，防护网或防护栏没有加装、安装不完整或安装不规范，造成了游梁式抽油机平衡块旋转危险区暴露在抽油机的左右两侧，旋转的巨大平衡块转动能量很大，采油井场职工和外部其他人员违章或误入平衡块旋转危险区间内，即可造成非死即伤的恶性事故。2.1.2、防范措施、a）加装防护网。游梁式抽油机平衡块旋转危险区域加装合格的安全防护网，使采油井场职工和外部其他人员无法进入旋转危险区，实现设备的本质安全。、b）强化安全教育。目前还没有条件加装合格安全防护网的游梁式抽油机，要强化对采油井场职工和外部其他人员的教育，不要进入抽油机旋转危险区；确因工作需要进入的，应先停下抽油机、可靠刹车后，再进入旋转危险区工作，禁止外部的其他人员进入旋转危险区。、c）加装安全警示标志。在抽油机减速箱底座中部喷涂“旋转部位，禁止靠近”的警示标志。2.2、皮带传动危险 2.2.1、皮带传动危险分析、抽油机电机动力由皮带传送到减速器的皮带轮上，由于油田的游梁式抽油机大部分没有安装皮带轮防护罩，在抽油机运行的状态下，井场职工巡回检查和外部其他人员靠近、接触旋转的皮带轮或皮带，易造成皮带挤手或皮带轮绞住工作服进而把人绞伤事故，女职工的长发绞入皮带轮会造成伤亡事故等。2.2.2、防范措施、a）加装防护罩。游梁式抽油机皮带传动部位加装合格的防护罩，达到采油井场职工和外部的其他人员接触不到皮带传动部位，达到本质安全。、b）强化安全教育。对皮带传动部位未加装防护罩的游梁式抽油机，要强化教育，采油井场职工和外部其他人员不要接近、接触皮带传动部位；确因工作需要，检查和接触皮带传动部位时，应先停下抽油机、可靠刹车后，再进入皮带传动部位工作，禁止外部的其他人员接近皮带传动部位。、c）加装安全警示标志。在抽油机电动机皮带轮一侧设置“当心皮带挤伤”安全警示标志。2.3、减速箱高处作业危险
2.3.1、减速箱高处作业的危险分析、站在游梁式抽油机减速箱上进行维修操作属于高处作业，减速箱上壳的外形使操作者不易站稳，易造成操作者作业过程中坠落的摔伤事故。操作者站在游梁式抽油机减速箱上维修作业时，工具和配件易从上面坠落砸伤抽油机下面配合作业的人员。2.3.2、防范措施、a）对高处作业人员的基本要求。在游梁式抽油机减速箱上进行维修操作必须符合《中国石油化工集团公司安全生产监督管理制度》（2004）中的“高处作业安全管理规定”：凡患高血压、心脏病、贫血病、癫痫病、精神病以及其他不适于高处作业的人员，不得从事高处作业。高处作业的人员应熟悉高处作业应知应会的知识，掌握操作技能。、b）高处操作安全要求。在游梁式抽油机减速箱上进行维修操作的人员必须系安全带，衣着要灵便，禁止穿硬底和带钉易滑的鞋。安全带必须系挂在施工作业处上方的牢固构件上，不得系挂在有尖锐棱角的部位。安全带系挂点下方应有足够的净空。安全带应高挂(系)低用，不得采用低于腰部水平钓系挂方法。严禁用绳子捆在腰部代替安全带。高处作业时严禁上下投掷工具、材料和杂物等，所用材料要堆放平稳，必要时要设安全警戒区，并设专人监护。工具应放入工具套(袋)内，有防止坠落的措施。在同一坠落平面上，一般不得进行上下交叉高处作业，如需进行交叉作业，中间应有隔离措施。在六级风以上和雷电、暴雨、大雾等恶劣气候条件下影响施工安全时，禁止进行高处作业。在维修作业坠落平面上配合施工的人员应戴好安全帽，要特别注意高空落物，保障好自身安全。2.4、电机漏电危险 2.4.1、电机漏电危险分析、游梁式抽油机的电动机由380 V或660 V交流电驱动，电机内部绝缘损坏、绝缘能力降低和电机接线损坏等会使电机漏电产生危险。采油井场职工和外部其他人员一旦接触，易发生电击和电伤事故，重则造成触电死亡。2.4.2、防范措施、a）加装接地保护线。、b）加强安全用电教育。教育采油井场职工和外部其他人员，不要接触抽油机井场上的电气设备和线路；需要操作或维修电气设备和线路的，必须由持操作证的电工进行作业，其他人员严禁操作。
2.5、操作台高处作业危险 2.5.1、操作台高处作业危险分析、抽油机操作台是方便采油井场职工维修作业而设置的，属于高处作业，稍有不慎就有坠落的危险。操作者站在抽油机操作台维修作业时，工具和配件易从上面坠落砸伤抽油机下面的配合作业的人员，造成事故。2.5.2、防范措施、高处作业防范措施同2.3.2。2.6、电机电缆漏电危险 2.6.1、电机电缆漏电危险分析、由于抽油机电机电缆的老化、轧伤、碰损等都会产生漏电危险，还要警惕漏电电缆接触地面造成跨步电压触电危险。2.6.2、防范措施、a）及时处理电缆漏电部位。采油井场电工，应按时对电机电缆的老化、轧伤、碰损等情况进行检查，发现电缆漏电应及时处理。、b）加强安全用电教育。教育采油井场职工和外部其他人员，不要接触抽油机井场上的电缆和其它电气设备；需要操作或维修电气设备和线路时，必须先停电，再由持操作证的电工进行作业，其他人员严禁操作。2.7、节电控制箱漏电危险 2.7.1、节电控制箱漏电危险分析、抽油机节电控制箱安装在井场抽油机附近，进线电缆来自井场配电变压器，出线电缆送往抽油机电机，是用来控制抽油机工作状态的配电设备。由于抽油机节电控制箱内的电气线路老化、损坏和绝缘能力降低等原因，可能造成抽油机节电控制箱外壳或操作的开关部分带电，采油井场职工和其他人员一旦接触，易发生电击和电伤事故，重则造成触电死亡。2.7.2、防范措施、a）装设接地保护线。、b）加强安全用电教育。教育采油井场职工和其他人员，不要接触抽油机节电控制箱和井场上的电缆和其它电气设备；需要维修节电控制箱和和线路时，必须由持操作证的电工进行作业，其他人员严禁操作。采油井场职工操作节电控制箱时，应佩戴绝缘手套进行操作。、c）加装安全警示标志。节电控制箱前门应喷涂“高压危险”和“启停机戴好绝缘手套” 安全警示标志；在抽油机节电控制箱门内面设置“当心电弧，侧身操作” 安全警示标志。2.8、刹车失灵危险 2.8.1、刹车失灵危险分析、游梁式抽油机的刹车系统分手摇外抱式刹车和手拉外抱式刹车，主要作用是根据工作需要把抽油机固定在某一位置，然后对抽油机进行维修调整作业。如果刹车失灵，抽油机突然转动，会给操作人员造成伤亡事故。2.8.2、防范措施、在采油井场职工巡回检查时，应按要求对抽油机的刹车系统进行检查，保持刹车系统性能完好。维修调整操作前，应将刹车调试合格后再进行其他操作。2.9、毛辫子悬绳器下行危险 2.9.1、毛辫子悬绳器下行危险分析、抽油机悬绳器下连光杆上接毛辫子，同光杆和毛辫子一同做上下往复运动，光杆拉动抽油杆，使活塞做上下往复运动，而将井中的液体抽至地面。采油井场职工和其他人员在井口工作或误到井口，没注意到抽油机悬绳器时，就会有悬绳器下行碰伤造成伤亡事故，毛辫子和光杆断脱亦会造成伤亡事故。2.9.2、防范措施、a）强化安全教育。游梁式抽油机采油井口十分危险，教育采油井场职工和其他人员，不要随意靠近采油井口。因工作需要对悬绳器、毛辫子和光杆进行调整时，要停下抽油机、可靠刹车后，再进行维修调整工作。、b）加装安全警示标志。在抽油机悬绳器上设置“当心碰头挤手”安全警示标志。2.10、攀梯危险 2.10.1、攀梯危险分析、采油井场职工攀登抽油机攀梯到操作平台，对抽油机的游梁和轴承等部位进行检查时，如果不停抽油机、可靠刹车，则当抽油机驴头转动至离攀梯较近的位置时，转动的驴头碰到攀梯职工，造成伤亡事故。2.10.2、防范措施、a）对高处作业的人员的基本要求，同2.3.2 a)。、b）强化安全教育。攀登抽油机攀梯到操作平台工作十分危险，教育采油井场职工和其他人员，不要随意攀登抽油机攀梯到操作平台。因工作需要攀登抽油机攀梯到操作平台时，需要停下抽油机、可靠刹车后，系好安全带，再进行攀登上梯工作。、c）高处操作安全要求，同2.3.2 b)。、d）加装安全警示标志。在游梁式抽油机上攀梯处设置“先停机，后攀登” 安全警示标志。在抽油机攀梯2 m高处设置“登高系好安全带” 安全警示标志。
3、结语、a）针对游梁式抽油机在运行和维修作业过程中存在的危险，应首先采取技术防护措施，使设备达到本质安全，从根本上杜绝事故的发生。、b）对技术防护措施尚不完善的危险区域，应强化教育，采油井场工作的职工和外部的其他人员不要进入抽油机危险区域；因工作需要进入的，应先停下抽油机刹好刹车，待安全条件具备了再进入危险区域。、c）对技术防护措施尚不完善的危险区域应加装安全警示标志，提醒采油井场工作的职工安全条件具备了再进入危险区域工作，禁止外部的其他人员进入危险区域。、d）必须清醒地认识到：要想有效地消减游梁式抽油机在运行和维修作业过程中的危险，不但要提高采油队管理干部和职工的安全意识与认真执行操作规程的意识；更要依赖于职工在操作时严格认真地执行操作规程，只有这样才能将发生事故的几率降到最低。
第五篇：抽油机历史现状与发展趋势分析
抽油机历史现状与发展趋势分析
摘要: 抽油机是把地层中的石油提升到地面最重要的机械设备，发展新技术，节能降耗，挖潜增效是油田开发永恒的主题，也是抽油机技术发展的方向。文章通过抽油机分类和发展历程分析，叙述了抽油机技术发展的特点，剖析发展面临的问题和制约因素。通过对比抽油机制造企业的产品规范、用电节能情况，结合目前我国能源供求状况和油田生产实际情况，指出抽油机技术将向无游梁、低功耗、通用系列化、智能化、高适应模块化方向发展。
关键词: 抽油机;历史与现状;节能;发展趋势
抽油机是有杆抽油系统中最主要举升设备。根据是否有游梁，可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机［1］。经过一百多年的实践和不断的改进创新，抽油机不管是结构形式还是在使用功能上，都产生了很大的变化。特别是近几十年来，世界对原油的需求量不断加大，对油田深度开采的能力有了更进一步的要求，在很大程度上加快了抽油机技术发展的速度，催生出多种类型。本文总结国内抽油机技术的发展现状，提出发展趋势，以期为抽油机技术的发展提供指导。
一、抽油机分类和发展主要特点
世纪50 年代，我国主要以进口前苏联CKH常规型游梁式抽油机为主，修配为辅。60 ～ 70 年代，在仿前苏联的基础上制造出常规型游梁式抽油机。1975 年后制定并完善了国产抽油机技术标准，80 年代起实现了抽油机全部国产化，不仅满足自给，而且部分出口［2］。据统计［3］，我国的机械采油井占油井总数的90% 以上，其中，由抽油机—抽油机杆—抽油机泵组成的三抽井占80%左右，产量占75%以上。抽油机主要制造厂有十几家，三十多种规格，产品类型已经多样化，主要以游梁式抽油机为主，约占抽油机总数的98% ～ 99%。我国现有6 大类共45 种新型抽油机，同时每年约有30 种新型抽油机专利，10 多种新试制抽油机，并已形成了系列，基本上满足了陆地油田开采的需要［2］。根据抽油机结构特点，可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。其中，游梁式抽油机又可分为常规型、适应型、节能型和自动型;无游梁式抽油机又可分为低矮型、滚筒型、塔架型、增程型和缸体型。根据油井深度对冲程的要求，可分为常规冲程抽油机和长冲程抽油机。在长冲程抽油机中，有增大冲程游梁式抽油机和卧式长冲程无游梁抽油机。根据驱动方式，抽油机分为普通异步电机驱动型、变压异步电机驱动型、大转差率电机驱动型、超过转差率电机驱动型、天然气发动机驱动型以及柴油机驱动型等。
近年来，抽油机发展的主要特点: 增强了可靠性、经济性、适应性;降低工作载荷变化范围和形式，改善了工作性能，运转更加平稳;工作效率更高，更加节能;在减小体积和整体质量的同时，扩大了使用范围，降低了对工作环境的要求;采用智能模块化设计，提高了自动化与智能化程度，加强了远程控制和自动监测能力。自问世以来，游梁式抽油机一直占有绝对统治地位。其主要特点是结构简单、适用范围广、可靠耐用、制造维修成本低、技术成熟。世界各国都有自己的规范标准，得到广泛的应用;但也存在比较明显的缺点，体积庞大、系统效率低、能耗高。虽然经过多方面改进，游梁式抽油机在有杆抽油泵全系统的总效率在国内一般地区只有12% ～ 23%，先进地区至今也不到30%。美国的常规型抽油机系统效率较高，但也仅有46%［4］。近年来，开发了多种游梁式新机型，在某种程度上缓解了这些弱点，提高了电能利用率和载荷提升能力。但是平衡效果没有根本改善、加速度高、载荷大，降低了有效载荷利用程度和抽油机使用寿命。因此，新型无游梁式抽油机一直具有非常诱人的发展潜力，每年都会有新机型出现。传统的问题解决了，新的问题和不足也随之出现，普遍可靠度不高、对工作环境的要求有一定限制、标准规格参差不齐、维修比较麻烦。另外，抽油机工作环境十分恶劣，而且是连续运转，无人监护。由于技术不够成熟，普遍推广应用能力不强，大多只在局部地区试验性应用。
二、抽油机发展面临的主要问题
1． 中后期水淹井、稠油井增多，开采难度加大 20 世纪90 年代以来，我国东部各主要油田相继进入中高含水开发期。为确保高效生产，对抽油机的要求呈现两个特点: 一是急需采用长冲程抽油机，以增加油井的产液量;二是为了降低油井的单位生产成本，对抽油机的节能性提出了更高的要求。
据金融界网2009 年8 月报道，大庆油田自上世纪末，开始出现储量和产量双递减的状况，储量替补率小于1，这标志着它已进入稳产阶段的后期。1990 ～ 2003 年，平均递减率为0.85%;2000 ～ 2003年为2.34%，但2003 年总产量仍达到4 840 × 104 t。如果按“有计划减产”的预期，2010 年其产量将为3 000 × 104 t。2003 ～ 2010 年，平均年减产330.3 ×104 t，年递减率7.84%。随着油田中后期采出程度的加深，油井含水量逐渐上升，动液面不断下降，出现水淹甚至强水淹现象。在维持稳定的产量情况下，产液量要求相应加大。水驱采油是油田中后期最常规的做法，其开采特点是要求抽油机冲程越长越好，而游梁式抽油机冲程范围一般在0.3 ～ 10 m，应用最多的都在6 m 以下，不能较好的满足后期开发阶段产量需求;新型无游梁式抽油机发展应用又没有很好的与油田生产实际相结合。
据统计，2003 年我国重油地质储量46.7 ×108 t，低渗透油和重油的累计地质储量已达全国累计石油地质储量值的50.9%。稠油由于轻质馏分少、胶质沥青含量高、密度大、黏度高、流动性较差、油藏压力低、油田又储层夹层多、非均质性强、综合含水高、部分属高温强水敏地层，采出度低。若采用常规抽油机采油，悬点载荷更大，负荷加重，有效冲程降低;为防止抽油杆受压，还需提高抽油杆的光洁度和弯曲强度，以防止抽油杆柱下部发生纵向弯曲，减少断脱事故。为提高稠油井的采油率，可采用人工举升法和使用长冲程低冲次的抽油机等措施。
2． 种类多，产品系列化、标准化、通用化程度偏低
石油工业发展一百多年来，抽油机种类层出不穷。检索相关专利，显示条目多达3 000 余条，随机浏览300 条，关于新机型的专利达186 条;但是，实际被采用的专利并不多。当前应用最广泛的新型游梁式抽油机有异相型、前置型、气平衡型、异型、下偏杠铃型、两级平衡型、斜直井型等，并且均是在国际规范下由各厂自行设计和仿制。虽然发展了很多机型，但品种杂乱，同一型号的抽油机，其尺寸和结构各不相同(即使同厂的产品也各有不同)，给使用单位的生产和管理带来不便［5］。表1 所示为十型游梁式抽油机同一型号的产品规格，其结构一致而外形尺寸略有差别，标准化程度偏低。
我国早在60 年代就开始研制无游梁抽油机，具有节能、重量轻、易实现长冲程、惯性载荷小和智能控制条件好等特点，满足了采油工艺需要。应用最广泛的无游梁抽油机有链条式、皮带式、液压式、滚筒式、直线电机式等。虽然各种机型都在日趋完善和提高中，但也因许多难题如结构复杂、运动件多、关键零部件故障率高、现场维护难，特别是软连接传动，导向轮不可能很大，使配用的钢丝绳由于曲率半径小，寿命短，在机体内部不易发现，造成事故等有待攻克［6］。一般应用在容易监护等小范围内。其产品系列化、标准化偏低，处于不断试验改进阶段，一些结构部件没有彻底定型，通用化程度也受到影响。例如曾在我国一些井队使用的气平衡链条式抽油机每台每年维修次数高达12.6 次，而且多为气平衡系统故障，占总故障数的62%。有时断绳后，绳被绞入机体内，轻者机体内零部件损坏，重者导致整机报废［2］。
长冲程抽油机冲程偏短，系列标准化不全，发展缓慢。在我国，多把冲程超过4.5 m 的称为长冲程抽油机。目前正在使用的大部分长冲程抽油机的冲程均在5 m 以下，而且种类不多，规格不全。如链条式长冲程抽油机，在研制无游梁抽油机时就开始研制，由于多方面原因，直到最近几年才初步在各油田推广应用，而冲程超过6 m 的长冲程抽油机如KCJ16 － 8 － 53Hz 抽油机和LzCJ127.2 － 73HB 抽油机，仍处在试用阶段［7］。3． 耗电量大，工作效率、能量利用率低
抽油机井的耗电量约占油田总耗电量的30%～ 35%。目前，我国抽油机的保有量在10 万台以上，电动机装机总容量有3 500 兆千瓦，每年耗电量逾百亿千瓦时。在我国抽油机的平均运行效率为25.2%，而国外平均水平为30.1%，年节能潜力可达几十亿千瓦［8］。油田节能有三种途径: 结构节能、技术节能和管理节能。我国技术节能的贡献率仅为13.4%，这就意味着，按照当前技术进步的程度无法满足实现“十一五”节能目标的要求［9］。2004 年，高台子油田进行了215 口抽油机井的能耗测试和计算，获得了电动机平均输入功率、有功电量、系统效率等参数，与2002 年、2003 年相比平均系统效率分别提高了16.5% 和7.2%［10］。可以看出，在抽油机效率和节能方面，还有很大的提升空间，具有非常诱人的前景，一方面，可以节省大量能源消耗，缓解油田用电紧张状况;另一方面，还可以提高油田生产效率，实现最大产出比，这也是适应节约持续型经济发展的必然趋势。就目前来看，游梁式抽油机仍处于无法取代的地位。由于其基本的换向结构决定它的运动特性，悬点载荷特性与其驱动的普通三相异步电动机工作特性不匹配，电动机多处于轻载状态，运行效率和功率因数偏低。抽油机工作时，曲柄的角度时刻变化，当相位角大于90°时，有功电流为负，负转矩导致电动机运行于再生发电状态，电能回馈电网造成电力系统附加能量损失。游梁抽油机在换向过程中悬点加速度比较大，导致抽油杆弹性变形剧烈，冲程损失
较大，活塞的实际行程变小，导致抽油泵的充满系数降低，效率偏低;结构上的不合理性，使得常规游梁式抽油机无法解决“大马拉小车”、能耗高的缺点;游梁式抽油机效率提高和节能空间有限，加大冲程将导致减速箱扭矩和油机总质量成倍增加等缺点没有得到根本解决。虽然无游梁式式抽油机在生产效率和能耗上有了很大的改进，但也存在可靠性不高、结构复杂、易损件多、维修不方便等问题。
三、抽油机技术发展展望
1． 加大资金投入，吸收和利用世界先进设计制造技术，争取国家项目扶持
近年来，我国油田体制改革和油田经营状况的改变，抽油机的主要制造企业已经从江汉石油机械厂、兰州石油机械厂等大型企业向大庆、胜利、华北、辽河等石油管理局转移［11］，很多新兴机械厂也参与其中。由于常规抽油机结构简单，大多均以焊接结构件组成，设计制造技术成熟，利润空间非常有限，市场竞争激烈。为了拓展抽油机销售市场，保持在行业内的竞争力，应当加大资金投入和研发力度，不断吸收掌握世界先进抽油机设计制造技术，运用信息化管理技术，三维仿真、运动学、有限元分析手段，采用先进制造技术(AMT)，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，一些新型抽油机不断投产试验，并取得了不错的成绩。例如: 2009 年大庆油田研制的天平式游梁抽油机正式投入使用，该机型与普通游梁式抽油机相比可节电35% ～ 70%，节省近50%的钢材，运行无噪音，耗材少，无减速器，减少了漏油的可能，属环保设备。
中国是目前世界第二大原油进口国，较高的进口依存度也在一定程度上影响着我国石油装备制造企业的发展定位，国内一些油田正处在产量维稳期，部分开采已近中后期，产量正逐年递减，在资金投入主要偏向于采油工艺和二次、三次采油上面，对抽油机研发的重视不够突出，未来企业要充分发挥市场效应，加大资金研发力度，争取国家项目支持，促进石油机械装备平衡发展，实现产研用的良性循环。
2． 研究开发适应不同特性油层的抽油机
设计开发的抽油机应该适应该油井和该地区的自然环境和生产条件，诸如气候温度条件、地理条件、生产维护条件、设备防护和润滑条件;根据该地区的地层特点和油层特性，考虑流体物性条件和物理成分对悬点载荷的影响优化抽油机的结构尺寸和安装条件。针对某些特殊地域或油田，可以设计专用型抽油机以更好的适应环境。如戈壁沙漠地区，可以适当加强抽油机防风沙，防尘能力，考虑日照强、昼夜温差大和高温对材料热膨胀的影响，适当修改抽油机制造安装工艺，以更好的应对构件之间内应力和井口摩擦等问题。
3． 加大长冲程无游梁式抽油机开发力度，在降低能耗上下功夫
长冲程抽油机的研制应用能力不足一直是我国抽油机发展的瓶颈，游梁式抽油机的局限性十分突出，多方面事实说明，长冲程、低冲次、低功耗的无游梁式抽油机是今后抽油机发展的主要方向。据报道，2009 年一种名为长环形齿条抽油机在胜利油田得到应用，该抽油机通过小齿轮带动长环形齿条来实现由旋转运动到直线往复运动，以实现抽油功能。其总体效率达到45%以上，节能效果比游梁式的提升25%以上，技术水平在长冲程抽油机领域中属国 际领先。
4． 开发智能控制监护的新型抽油机
近年来，变频技术在抽油机上得到了广泛应用。利用变频控制系统实时调整工作参数，提高电机功率因数，减小供电电流，还可以实现电机的软起动，减小冲击，并可根据油井供液能力实时调整冲次频率，实现增产节能效果;另外，研究开发机电一体化抽油装置，根据抽油机井特性实时控制和改变抽油状态，实现高效智能化采油。如美国NSCO 公司智能抽油机，采用微处理器和自适应电子控制器进行控制与监测，具有功能多、抽油效率高、自动化程度 高、经济性好、安全可靠、适应性强等优点［12 ～ 14］。5． 研发大型、高适应性的丛式井抽油机
随着世界油气资源的不断开发，油层开采深度逐年加大，油田含水量的增多，大泵提液采油工艺和稠油开采等都要求采用大型抽油机。现代大型抽油机应具备有高适应性，以适应多种恶劣环境和地层油层的变化，如开发一种机型能适应不同自然气候与地貌环境的差异、地层油层的迁移改变、冲程冲次的改变、油气层性状的改变、连续与间歇抽油的调整等。另外，由于现代大型抽油机的结构和控制的复杂性，体积的庞大，其工作面积也相应增大，同一抽 油机可以对多口相邻油井同时抽油作业，采用综合平衡方式和节能方式，达到最好的作业效果。
四、结束语
抽油机是使地底层中的石油重见天日的最重要举升设备，发展新技术，节能降耗，挖潜增效是油田开发永恒的主题，也是抽油机技术发展的方向。在国家倡导加快发展绿色经济、循环经济和低碳经济，加强技术改造和设备更新，下大力气破解资源环境瓶颈制约难题的当今，抽油机技术发展的节能增效潜力巨大，只要加大资金投入和项目扶持，挖掘学科人才优势，把握市场特点和方向，结合油田实际情况和抽油机技术发展特点，抽油机研制应用的经济效 益前景将十分可观。
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