节能培训文档

机采井节能基础知识一、节能基本概念二、机采井系统效率知识㈠系统效率计算方法㈡系统效率分析㈢提高系统效率的措施三、抽油机井常规节能技术㈠节能抽油机分类及原理㈡节能电机分类及原理㈢节能控制装置分类及原理目录一、节能基本概念1.有功功率----又叫平均功率。交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，以字母P表示，单位kW。2.视在功率----在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫做视在功率，用字母S来表示，单位为kW

。3.无功功率----在具有电感和电容的电路里，这些储能元件在半周期的时间里把电源能量变成磁场（或电场）的能量存起来，在另半周期的时间里对已存的磁场（或电场）能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的速率的振幅值叫做无功功率。用字母Q表示。

4.功率因数----在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里，电压乘电流是视在功率，因此交流电路里有功功率小于视在功率。有功功率与视在功率之比叫做功率因数，以COSφ表示。

5.有功节电率ξ=（W1-W2）﹒100/W1W1——应用节能产品前吨液百米提升高度有功耗电量，kWh/(100m﹒t)6.无功节电率ξ=（Q1-Q2）﹒100/Q1Q1——应用节能产品前吨液百米提升高度无功耗电量7.综合节电率ξ=（W1-W2+Kq（Q1-Q2））﹒100/（W1+KqQ1）Kq无功经济当量，按GB/T12497规定取8.节能投资回收期----节能项目从投产之日起，由项目的净收入将全部的投资收回所需的实际期限。9.转差率——定子旋转磁场转速与转子转速之差再除以定子旋转磁场转速（同步转速）Kq无功经济当量，按GB/T12497规定取10.抽油机减速器净扭矩：由载荷扭矩与曲柄平衡扭矩两部分组成，在扭矩曲线图上往往绘有3条扭矩曲线：载荷扭矩曲线、平衡扭矩曲线及净扭矩曲线。

Twn—悬点载荷反映到曲柄上的工作扭矩

Tr—由平衡重产生的平衡扭矩曲线

Tn—Twn

、Tr叠加后的曲柄轴净扭矩二、机采井系统效率知识有杆泵抽油系统其目的是将地面的电能转化为井下液体的能量，使井下液体流到地面。其整个系统工作时，就是一个能量不断传递和转化的过程，每一次能量的传递和转化都存在着能量的损失，抽油机井从地面设备供入系统的能量扣除系统的各种损失以后，就是系统所给液体的有效能量，这一将液体举升到地面的有效做功能量与系统输入能量之比值，称为抽油机井的系统效率。㈠系统效率计算方法1机械采油井的输入功率

…（3-1）式中：P1——输入功率，Kw；

P——有功电能表所转的圈数，r；

K——电流互感器变比，常数；

K1——电压互感器变比，常数；

NP——有功电能表耗电为1kW·h时所转圈数，r/(kW·h)；

tP——有功电能表转nP圈所用时间，s。2机械采油井的有效功率

…………（3-2）式中：Q——油井产液量，m3/d；

H——有效扬程，m；

ρ——油井液体密度，t/m3；

g——重力加速度，g=9.8m/s2。3有效扬程

…………………（3-3）式中：H——有效扬程，m；

Hd——油井动液面深度，m；

PO——油管压力，MPa；

Pt——套管压力，MPa。4油井液体密度ρ=（1-fw）×ρo+fw×ρw…………（3-4）式中：fw——含水率；

ρo——油的密度，t/m3；

ρw——水的密度，t/m3。6抽油机井的地面效率

………………（3-6）7抽油机井的井下效率

……………（3-7）8单井的系统效率

……………（3-8）5光杆功率系统效率测试内容1测试井的选择应选取机械采油井所配机、泵等运行正常的生产井为测试对象。2测试用仪器仪表测试用仪器仪表应在检定合格周期内。系统效率测试3待测参量的测试检查仪器仪表连接无误后，按机械采油井操作规定及程序进行启动。待机械采油设备正常运行20min后进行测试，应保证输入功率、油井产液量、动液面深度、油井油压和套压等主要参量同步测试。㈡系统效率各环节效率和耗能分析1电动机

如果电动机在额定负荷或额定负荷附近运行，则电动机属于节能经济运行。但多数抽油机（尤其是常规游梁式抽油机）在工作过程中，为满足启动或最大功率点的要求，其电动机的平均输出功率与输出功率之比通常为0.3～0.4，有的甚更低。因此在大多数时间里电动机处于轻载运行，既所谓“大马拉小车”的情况，其效率因数都很低，这就造成较大的能量损失。从现场实测看，有些电机平均效率只有60%～70%，与普通异步电动机的额定效率90%～95%相比，提高效率潜力较大。目前油田电动机节能主要分为四个方面：

（1）人为地改变电动机的机械特性，以实现与负荷特性柔性配合，从而提高系统效率，实现节能。这种方法主要是采用变频调速的方法。（2）从设计上改变电动机的机械特性（如高转差电动机和超高转差电动机），从而改善电动机与机、杆、泵整个系统的配合，减少系统能耗。（3）研制高效节能电动机，扩大高效区范围，提高电动机效率，降低装机效率，从而减少电动机损失。（4）采用节能型抽油机电动机控制装置，这种电动机控制装置除具有一般控制箱的基本功能外，可根据电动机的运行情况，动态调节电动机的电压或进行无功补偿，降低电动机损失。2带传动

工程上常用的皮带的传动效率都比较高，最高可达98%，即其传动损失仅为2%。

20世纪80年代末在大庆油田进行的一些试验证明，在抽油机上使用窄V联组带使用其它类型的皮带，损失最小。这种带传动动力大，磨擦损失小，滑差率小，丢转少，传动效率最高达98%，并且带轮直径和宽度都明显减小。经现场实测，使用这种传动带比使用普通三角带平均可节电2.5%.因此,在我国现有技术备件下,带动传动部分效率的提高潜力已很小。目前应用的皮带涨紧器就可以提高皮带传动效率，抽油机皮带滑差率大大降低，最大限度地避免了丢转现象的发生，减少单井平均冲次损失，皮带的传动效率大大提高，抽油机的系统效率相应提高。井号对比冲次min-1产液t/d有功功率kW系统效率%7-2418前5.9688.518.1847.58后6.289.217.9848.34差值0.240.7-0.20.763减速箱

主要包括轴承和齿轮的磨擦损失。对于减速箱。核心问题是润滑，如果润滑效果差，不仅使能耗增加，而且使轴承和齿轮很快磨损，因此要保证减速箱内轴承和齿轮的润滑。如果润滑良好，减速箱的总损失约为9%~10%，即传动效率为90%左右。从工程角度上看，这基本是目前大功率减速器传动效率的最高值。因此，在管理和维护措施得当的条件下，减速箱的效率不会有大的提高。

4换向及平衡对于游梁式抽油机，换向部分主要是四连杆机构或其变形。对于无游梁抽油机，换向机构主要是天轮，滚筒或链等。该部分的主要损失是相对运动件间的磨擦损失以及钢丝绳的变形损失。如果润滑保养良好，该部分的传动效率一般可达95%，在换向机构的一定的情况下，该部分的效率不会有大的提高。近年来出现了许多抽油机的平衡方式，如游梁偏置平衡、悬重偏置游梁复平衡、下偏杠铃型游梁复合平衡、摆杆式游梁抽油机的复合平衡、调径变矩纯下偏平衡等。采用这些平衡方式能不同程度地改善曲柄净矩曲线，降低曲柄轴扭矩减小扭矩曲线的波动。5盘根盒该部分的损失主要是摩擦损失，该项损失与抽油机的安装情况、光杆的表面加工质量、盘根的松紧和密封材料有密切关系。现场实验表明，使用标准光杆和密封性能好的调心石墨盘根盒，能够大幅度地减小磨擦力和功率损耗。管理与维护正常的情况下，盘根盒部分能量损失很小，因此提高能效的潜力不大。6抽油杆柱

主要为磨擦损失，与下泵深度、井液粘度、抽油杆运行速度、油井本身斜度和弯曲程度有关。对于井液粘度大的油井，可采用长冲程、低冲次的工况降低抽油杆的运行速度；可采用降低井液粘度的措施，如蒸汽、掺稀油、应用电加热抽油杆等，以降低抽油杆柱与液柱之间的磨擦力。对于井斜或井筒弯曲程度严重的油井，可在抽油杆柱上加装扶正器或滚轮接箍，以减少杆管之间的磨擦损耗。7抽油泵

抽油泵的损失中，容积损失和水力损失占主要部分。通过优选柱塞泵筒间的间隙，在不增加柱塞泵筒磨擦力的条件下，减小液体漏失量。采用耐磨耐冲击、开关性能好、水力损失小的阀球及阀座，可减小由于泵阀损坏或由于开关不及时而引起的漏失和减小水力阻力，从而降低抽油泵部分的能耗。8管柱管柱损失由管柱的容积损失和水力损失两部分组成。在油管螺纹处加装密封件以保证油管的密封，在起下油管柱时按规程操作少或消除螺纹的损坏，则可降低管柱漏失量，从而降低容积损失值。管柱的水力损失与管柱内表面的粗糙度成正比，与井液的向上流动速度的平方成正比。对于井液腐蚀性较强或/和易结垢的油井，应对油管采取防腐和/或防结垢措施，防止油管内壁变粗糙。在选择抽汲参数时，应尽量使用大泵径、长冲程、低冲次，以降低液体向上流动速度。由上面的分析可知，在抽油机采油系统中，电动机和平衡部分提高能效的潜力较大，是系统节能研究的主要方向。㈢提高系统效率的措施节能措施多种多样，归纳起来主要有以下几种方法：

1常规抽油机的改造技术

对在用或闲置不用的能耗高的旧常规游梁式抽油机进行技术改造，是降低抽油机能耗的一个重要方法。常用的改造方法主要有四种：一是将常规机改造成双驴头抽油机，节电率一般可达20%左右：二是将常规机改造成游梁偏置复合平衡抽油机，达到节能的目的，节电率可达15%以上：三是将常规机改造成偏轮式游梁抽油机，节电率平均达24%左右；四是改造成下偏杠铃游梁复合平衡抽油机。这几种改造方法都能充分利用原机制构件，优化关键部件，安全系数高，节能效果显著，运转平稳，管理操作方便。改造要增加一部分投资，因此在改造前要进行技术经济分析。2推广应用节能型抽油机

老井转抽或新井投产时，应该选用节能型抽油机，这样既不增加一次性投资，又可节能。3选用节能型抽油机用电动机

目前市场上有多种抽油机用节能电动机，选用主要考虑电动机效率、功率因数、系统增效、成本投入、可靠性及现场管理等。4选用抽油机节能控制器

目前市场上的抽油机节能控制器种类繁多可供选用。5采用节能传动元件

窄V带传动（目前窄V带在国内石油矿场已大量推广）；同步带（传动传动效率高，可达99%，传动比准确，永不打滑，是一种具有技术前途的新型传动带）。6节能产品的优化配置

一般情况下，叠加使用功能重复而互补性较少，节能效果与单项使用相差较小。7抽油机采油系统的优化设计

在油井投产或井况改变需要调参以及采取其它增产措施时，都需要根据系统效率最高即能耗最低和供产协调的原则来预测产量，优选机、杆、泵和优选抽汲参数，所选择的抽油机采油系统不仅要满足油井的生产要求，而且还必须经济合理。7.1抽油机采油系统的优化设计原则遵循以下4条基本原则：

符合油层及油井的工件条件；能充分发挥油层的生产能力；设备利用率较高而又能满足安全生产的需要；系统效率高即能耗小，经济效益好。

7.2抽汲参数优化设计的数学模型抽油机采油系统抽汲参数的优化设计就是在满足现有技术装备（抽油机与电动机）工作能力以及满足油井配产要求的前提下，合理选择抽汲参数（冲程长度S、冲次n、泵径D）、下泵深度与抽油杆柱尺寸，以达到能耗小、效率高的目的。在优选参数时，必须首先确定目标函数和设计变量。目前国内外在优选抽汲参数时所采用的目标函数不相同。近年来对抽油机采油系统的研究结果表明，系统效率是反映抽油机井综合性能的技术经济指标，若系统效率高，则油井产量、泵效也较高，系统能耗小，设备能力利用率指标也较合理，故选择系统效率目标函数，选择抽汲参数与抽油杆柱组合为设计变量。8抽油机采油系统的管理节能以下这些措施都有不同程度的节能效果：

8.1定期检查传动装置，传动皮带要松紧适中，随时处理减速箱漏油、定期更换减速箱内机油，以减少地面传动部分的能耗。

8.2使用窄V联组带；在抽油杆上加装扶正器或滚轮接箍。

8.3有条件的情况下，使用调心石墨盘根盒；光杆盘根盒应松紧适度；定期调整设备，使悬绳器、光杆与井口对中，减少光杆与盘根和抽油杆与油管的磨擦耗能。

8.4有条件的油田，应将油管理锚定，以减小冲程损失，从而提高抽油机采油系统的系统效率。

8.5根据井况的变化，及时优选抽汲参数井调参，确保抽油机采油系统工作在最优抽汲参数下。

8.6及时调整抽油机的平衡，保持抽油机合适的平衡度。

8.7对于出砂较多的油井，应加装砂锚等防砂装置，防止砂对泵的磨损而增加泵的损失量。

8.8对于油气比高的油井应采取适当加大泵的沉没度，加装油气分离器和定期放套管气等措施，以提高泵的充满系数。

8.9油管螺纹处要进行密封，防止油管漏失。三、抽油机井常规节能技术㈠节能抽油机分类及原理做为节能式抽油机，虽说其节能思路不尽相同，但其表现形式却均具备“通过改变常规游梁式抽油机的结构设计，来减小其扭矩的波动范围，达到降低净扭矩、减小匹配电机功率、实现节能目的”的共性。目前有以下几种：异形游梁式（双驴头）抽油机、偏轮游梁式抽油机、异相型低矮式抽油机、双四杆游梁式抽油机、摆杆式游梁抽油机、渐开线异形抽油机、摩擦换向抽油机。⑴偏置式抽油机该机工作时，由于它具有较大的极位夹角，（一般在5°––20°之间）若极位夹角为12°时，使得抽油机上冲程时曲柄转过的角度增加12°为192°，下冲程时曲柄转过的角度减少12°为168°。当曲柄转速不变时，悬点上冲程的时间就大于下冲程的时间，因此悬点上冲程时加速度和动载荷减小。另外由于平衡相位角改善了平衡效果，从而使减速器的最大扭矩峰值降低，扭矩变化较均匀，最终使电机的消耗功率适当减小。⑵异形游梁式（双驴头）抽油机通过改变抽油机扭矩因数的变化规律来加强平衡效果，达到节能目的。该机工作时，依靠其游梁后臂有效长度的有规律变化，实现了负载大时平衡力矩大，负载小时平衡力矩小的工作状态，从而加强了抽油机的平衡效果，减小了曲柄净扭矩，降低了匹配电机功率，达到了节能的目的。⑶异相型低矮式抽油机目前在我们油田上所使用的低矮型抽油机多为六型机。异相型低矮式抽油机属于常规机的一种变形，其节能原理：在改变常规型抽油机游梁对称循环运动方式的同时，优化四连杆机构，再通过改变平衡重的相位角来优化曲柄平衡的前置角，通过上述两条根本途径来达到异相型低矮式抽油机节电的目的。渐开线异形抽油机渐开线异形抽油机是在常规游梁式抽油机的基础上发展起来的新一代无游梁抽油设备。与常规抽油机相比其关键是采用了双天轮机构取代了常规机的游梁和驴头，使之成为了无游梁抽油机，为了使其运动平稳，在天轮的结构上采用了内导轮（相当于游梁后臂）为渐开线的形式，使之成为了变参数的四连杆机构。节能原理：依靠内导轮的渐开线形状，实现了内导轮有效长度有规律的变化，该变化规律起到了负载大时平衡力矩大，负载小时平衡力矩小的作用，从而加强了抽油机的平衡效果，达到了节能的目的。㈡节能电机分类及原理⑴永磁电机油田专用永磁同步电动机是在近几年得到逐步推广的一种新型产品，它具有波形好、转矩大、效率高、不退磁等优点，得到各油田广泛的应用。其特点如下：1、高效节能：因永磁电机转子达到同步转速时，既无铜耗又无铁耗。此外由于定子电流降低，相应定子铜耗也明显降低。2、功率因数高：该电机没有激磁功率，由转子提供能量，无功功率降低幅度大，功率因数接近于1。3、起动转矩大：起动转矩达到3.5倍。4、波形好：永磁同步电动机反电势为纯正正弦波，因抽油机在下降时，电机被拖动，有发电现象，这时可以把有功与无功的能量反馈到电网，因此波形好、不污染电网。⑵高转差电机实践证明，电动机转差率增加，减速箱最大净扭矩会明显降低，配用电机额定功率可降低，由于额定功率较小电机的固定损耗小，超高转差电机启动力矩是普通电机的6倍，启动时电流要小于普通电动机，因此能起到节能的作用。⑶双功率电机电机具有两个级别额定功率,转子有两组抽头分别接到两个交流接触器上，其中一个交流接触器接高功率抽头，另一个交流接触器接低功率抽头，两个交流接触器实现互锁，由控制器控制完成两种功率间的自动切换。电源接线同Y系列三相异步电动机相同，通电后，电机以高功率起动运行，当电流低于低功率运行电流时，则通过控制器将电机切换到低功率状态；当电流升高到高于低功率运行电流时，则切换到高功率状态，以此避免“大马拉小车”和过载运行现象。㈢节能控制装置分类及原理⑴星角转换型此节电箱具有星型和角型两种接线方式，根据油井负荷及电流的变化情况自动转换接线方式以适应抽油机的运转状况，达