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摘要：随着油田开发成本逐年增加，如何有效挖掘举升潜力，实现效益开发最大化成为油田研究的重要方向之一。由于游梁式抽油机属于四连杆机构，受结构特性影响，整体传动效率较低，造成了机采系统能耗高。为提高用于油田举升效率，降低整体消耗，探索应用链条传动的抽油机，从试验数据对比看，抽油机具有较好的工作效率，与传统的游梁式抽油机进行对比，其匹配功率、系统效率均有显著的改善，具有较好的节电效果。对此，本文从抽油机具备结构优点，未来将遇到的技术问题进行阐述分析，为油田降低机采能耗提供新的技术思路。
关键词：游梁式抽油机；举升效率；匹配功率；机采能耗
油田单井产液量低仅 10.5t/d，井深平均 1680m，油田开发以来90%的油井采用游梁式抽油机举升，早期采用保守设计造成机型偏高、杆柱组合偏大，能耗较大的状况。近些年加大了游梁式抽油机井系统效率优化，結合理论分析，抽油机井全优化系统效率可达到 10%，从新井优化设计结果看，平均系统效率为 9.15%，（斜井9.28%、直井9.0%），较正常生产的老井系统效率高 1.25 个百分点。随着油井产量降低，系统效率将进一步降低。从游梁式抽油机结构分析，模拟得出游梁式抽油机的各节点的传动效率，其中减速箱、盘根盒部位传递效率较高，可达 90.9%和 85.5%，而在四连杆、杆柱、电机以及抽油泵处的传递效率较低分别为：58.3%、51.5%、63.7%、48.9%。分析抽油杆运行规律，当杆柱伸长量最低时，油井举升泵效最高，其举升效率也最大，而抽油机运行过程中，全程进行变加速运动，杆柱变化量最大，游梁机系统是将电机匀速旋转运动变换为悬点的直线变速运动，期间能耗主要消耗在传递环节。近些年，油井节能工作围绕这五部分开展，游梁式抽油机井系统效率由 5.7%提升到 8.1%，受到产液降低和间抽执行率低等多项条件限制，系统效率提升空间有限，能耗降幅有限。
1 举升工艺发展历史
近年油田加大节能举升工艺技术探索，通过引进国外新技术逐渐发展出多种有杆、无杆举升工艺，如螺杆泵、潜油电泵、长冲程抽油机、提捞式抽油机、潜油柱塞泵等举升技术。
1.1 小排量螺杆泵技术
先后试验应用螺杆泵，初期应用较好，转子转速可降至 35r/min，较好适应油田低产生产，检泵周期可达 577 天。试验初期在测试非稠油、出泥螺杆泵井，有功功率仅 3.8kW，有功节电率 34.7%，系统效率达到 7.49%。由于产出液中含泥垢、且液量低，加之螺杆泵过盈量难以针对单井个性化设计，易造成定转子磨损和抽空烧定子等问题，造成检泵周期短、作业频繁，生产时率受到影响逐步转为游梁式抽油机或提捞生产。
1.2 提捞式抽油机
利用钢丝绳抽子在油管内定期捞油方式生产，通过多次技术完善改进，解决了滚筒钢丝绳排绳乱、抽子应用周期短问题，减轻了维护施工对油井时率的影响，时率由初期 60%提高到 90%，运行时日均耗电仅 49kWh，系统效率达到 6.2%；改进抽子运行方式，实现固定深度范围短周期间歇捞油，捞油深度加深至 1650m、连续捞油单次上液量降低，减轻对环内其他油井出油影响，运行时日均耗电仅51.8kWh，系统效率达到 11.0%。但受到电器元件故障频繁、盗油份子频繁破坏，增加了维护成本，提捞式抽油机于 2015年全部转为游梁式抽油机。
2 抽油机运行特点
抽油机由于自身结构特征，具有以下五方面特点。一是与游梁式抽油机四连杆传动结构相比，传动环节减少，传动能量消耗降低了 5%至 15%左右。二是采用天平平衡方式，平衡调整更直观、更便捷。平衡重存在于塔架内部，依靠钢丝绳直接与杆柱连接，仅需将平衡重匹配为上下载荷的平均值即可。与游梁式抽油机调整曲柄平衡位置相比，更简单、易操作、更安全。三是永磁同步电机，提升运行效率。利用电机激磁电流，避免出现激磁损耗与发热问题，有效降低电机功率和减少电机线损、网损。四是可实现低产井“长冲程、低冲次”运行。利用控制器和变频器分别调整冲程和冲次，通过抽油机长冲程、低冲次运转，减少冲程损失、提高泵效，降低举升耗电。五是采用智能数字控制系统，实现遥控调整抽油机参数，一方面提升工作人员的安全性，使其与电源相隔离，降低操作风险；另一方面，精确控制提高操作效率，利用自动间歇抽油的方法，减少甚至避免空抽问题出现，减少耗电。
应用抽油机平稳运行时间达到 1637 天。统计近两年设备维护及作业成本，分析在油田的适应性。一是生产管理方面，统计 2014-2016 年抽油机维护情况，共发生各类维护 51 井次，其中故障维护 27 井次，主要有雨季闪电、过载等原因致控制柜主板、电机线圈烧，变频器和制动器部分组件损坏，油井结蜡吊绳组件损坏等问题，平均单井年需故障维护成本 1499 元；统计保养类维护24 井次，主要对超期服役的传动皮带（质保期 18 个月）、传动链条（质保期 12 个月）、钢丝绳（质保期 12 个月）等进行更换，平均年保养维护成本 1940 元。随着技术进步，抽油机用齿轮机构代替了链条传动，并取消减速器，改进了钢丝绳结构，令整个抽油机机械部件质保期由最长两年延长到十年，钢丝绳寿命由一年延长至五年，可大幅度降低维护成本。二是作业维护方面，由于塔架机特殊的运行方式，杆柱组合仅在换向瞬间产生冲程损失，单个冲次内处于匀速运行，较游梁式抽油机全程变速运动，杆柱运行更为平稳，统计近些年作业情况，平均作业周期达 794 天。三是举升耗电方面，结构上利用天平平衡原理，当匹配与悬点载荷相同的平衡重时，仅需配套较小功率电机就可以驱动悬点往复运动，通过简便的绳轮传动结构，机械传递效率较高。初期能耗测试，平均耗电 62kWh，系统效率达到10.6%。四是投资成本与游梁式抽油机相当。一套设备价格17.6 万元包含伺服电机、变频控制柜以及基础。而游梁式抽油机（八型）单套价格 11.98 万元，配套电机 1.5 万元、配套控制柜 3.5 万元，基础 0.8 万元，整套游梁式抽油机17.78 万元，价格相当，但抽油机占地面积相对较小，更适合未来丛式平台井应用，作业施工期间平台导轮机构可向平台内侧移动即实现作业机大钩对准井口。
由于抽油机是通过变频控制数控电机运行，电器元件较常规抽油机复杂，常年放置于野外环境，受风吹日晒、环境温度变化影响，电器元件存在老化问题，随着时间推移，设备故障会表现的频繁，受到工人技术水平限制，日常维护无法发现并修复元器件的故障，出现问题时只有求助于厂家专业技术人员到现场判断处理，容易造成停井影响生产时率。以上举升新技术与游梁式抽油机相比，抽油机更具明显技术优势，不仅下泵深度不受影响，节能效果明显，而且特殊的运行方式，可有效减缓杆管偏磨，减少作业频次。但也存在电气化技术性强，规模应用后要达到游梁式抽油机管理水平，需提高工人的技术水准。
3 结束语
（1）抽油机具有广阔的应用前景，配合油田物联网（数字化）建设，可进一步促进举升设备智能化转变，进一步降低人工成本。（2）抽油机电气化程度高，可采取设备维护外包方式，既规避工人维护的安全风险，同时可有效控制设备维护成本，保证设备较高时率运行。（3）下步计划对高含水、泵况存在问题的抽油机与其他区块低产井进行调换或转移，进一步收集抽油机试验数据，确定适用范围。
参考文献：
[1]抽油机井功率法平衡调整在低渗透油田的应用[J]. 刘杰. 石油石化节能. 2016（10）
关键词：游梁式抽油机；举升效率；匹配功率；机采能耗
油田单井产液量低仅 10.5t/d，井深平均 1680m，油田开发以来90%的油井采用游梁式抽油机举升，早期采用保守设计造成机型偏高、杆柱组合偏大，能耗较大的状况。近些年加大了游梁式抽油机井系统效率优化，結合理论分析，抽油机井全优化系统效率可达到 10%，从新井优化设计结果看，平均系统效率为 9.15%，（斜井9.28%、直井9.0%），较正常生产的老井系统效率高 1.25 个百分点。随着油井产量降低，系统效率将进一步降低。从游梁式抽油机结构分析，模拟得出游梁式抽油机的各节点的传动效率，其中减速箱、盘根盒部位传递效率较高，可达 90.9%和 85.5%，而在四连杆、杆柱、电机以及抽油泵处的传递效率较低分别为：58.3%、51.5%、63.7%、48.9%。分析抽油杆运行规律，当杆柱伸长量最低时，油井举升泵效最高，其举升效率也最大，而抽油机运行过程中，全程进行变加速运动，杆柱变化量最大，游梁机系统是将电机匀速旋转运动变换为悬点的直线变速运动，期间能耗主要消耗在传递环节。近些年，油井节能工作围绕这五部分开展，游梁式抽油机井系统效率由 5.7%提升到 8.1%，受到产液降低和间抽执行率低等多项条件限制，系统效率提升空间有限，能耗降幅有限。
1 举升工艺发展历史
近年油田加大节能举升工艺技术探索，通过引进国外新技术逐渐发展出多种有杆、无杆举升工艺，如螺杆泵、潜油电泵、长冲程抽油机、提捞式抽油机、潜油柱塞泵等举升技术。
1.1 小排量螺杆泵技术
先后试验应用螺杆泵，初期应用较好，转子转速可降至 35r/min，较好适应油田低产生产，检泵周期可达 577 天。试验初期在测试非稠油、出泥螺杆泵井，有功功率仅 3.8kW，有功节电率 34.7%，系统效率达到 7.49%。由于产出液中含泥垢、且液量低，加之螺杆泵过盈量难以针对单井个性化设计，易造成定转子磨损和抽空烧定子等问题，造成检泵周期短、作业频繁，生产时率受到影响逐步转为游梁式抽油机或提捞生产。
1.2 提捞式抽油机
利用钢丝绳抽子在油管内定期捞油方式生产，通过多次技术完善改进，解决了滚筒钢丝绳排绳乱、抽子应用周期短问题，减轻了维护施工对油井时率的影响，时率由初期 60%提高到 90%，运行时日均耗电仅 49kWh，系统效率达到 6.2%；改进抽子运行方式，实现固定深度范围短周期间歇捞油，捞油深度加深至 1650m、连续捞油单次上液量降低，减轻对环内其他油井出油影响，运行时日均耗电仅51.8kWh，系统效率达到 11.0%。但受到电器元件故障频繁、盗油份子频繁破坏，增加了维护成本，提捞式抽油机于 2015年全部转为游梁式抽油机。
2 抽油机运行特点
抽油机由于自身结构特征，具有以下五方面特点。一是与游梁式抽油机四连杆传动结构相比，传动环节减少，传动能量消耗降低了 5%至 15%左右。二是采用天平平衡方式，平衡调整更直观、更便捷。平衡重存在于塔架内部，依靠钢丝绳直接与杆柱连接，仅需将平衡重匹配为上下载荷的平均值即可。与游梁式抽油机调整曲柄平衡位置相比，更简单、易操作、更安全。三是永磁同步电机，提升运行效率。利用电机激磁电流，避免出现激磁损耗与发热问题，有效降低电机功率和减少电机线损、网损。四是可实现低产井“长冲程、低冲次”运行。利用控制器和变频器分别调整冲程和冲次，通过抽油机长冲程、低冲次运转，减少冲程损失、提高泵效，降低举升耗电。五是采用智能数字控制系统，实现遥控调整抽油机参数，一方面提升工作人员的安全性，使其与电源相隔离，降低操作风险；另一方面，精确控制提高操作效率，利用自动间歇抽油的方法，减少甚至避免空抽问题出现，减少耗电。
应用抽油机平稳运行时间达到 1637 天。统计近两年设备维护及作业成本，分析在油田的适应性。一是生产管理方面，统计 2014-2016 年抽油机维护情况，共发生各类维护 51 井次，其中故障维护 27 井次，主要有雨季闪电、过载等原因致控制柜主板、电机线圈烧，变频器和制动器部分组件损坏，油井结蜡吊绳组件损坏等问题，平均单井年需故障维护成本 1499 元；统计保养类维护24 井次，主要对超期服役的传动皮带（质保期 18 个月）、传动链条（质保期 12 个月）、钢丝绳（质保期 12 个月）等进行更换，平均年保养维护成本 1940 元。随着技术进步，抽油机用齿轮机构代替了链条传动，并取消减速器，改进了钢丝绳结构，令整个抽油机机械部件质保期由最长两年延长到十年，钢丝绳寿命由一年延长至五年，可大幅度降低维护成本。二是作业维护方面，由于塔架机特殊的运行方式，杆柱组合仅在换向瞬间产生冲程损失，单个冲次内处于匀速运行，较游梁式抽油机全程变速运动，杆柱运行更为平稳，统计近些年作业情况，平均作业周期达 794 天。三是举升耗电方面，结构上利用天平平衡原理，当匹配与悬点载荷相同的平衡重时，仅需配套较小功率电机就可以驱动悬点往复运动，通过简便的绳轮传动结构，机械传递效率较高。初期能耗测试，平均耗电 62kWh，系统效率达到10.6%。四是投资成本与游梁式抽油机相当。一套设备价格17.6 万元包含伺服电机、变频控制柜以及基础。而游梁式抽油机（八型）单套价格 11.98 万元，配套电机 1.5 万元、配套控制柜 3.5 万元，基础 0.8 万元，整套游梁式抽油机17.78 万元，价格相当，但抽油机占地面积相对较小，更适合未来丛式平台井应用，作业施工期间平台导轮机构可向平台内侧移动即实现作业机大钩对准井口。
由于抽油机是通过变频控制数控电机运行，电器元件较常规抽油机复杂，常年放置于野外环境，受风吹日晒、环境温度变化影响，电器元件存在老化问题，随着时间推移，设备故障会表现的频繁，受到工人技术水平限制，日常维护无法发现并修复元器件的故障，出现问题时只有求助于厂家专业技术人员到现场判断处理，容易造成停井影响生产时率。以上举升新技术与游梁式抽油机相比，抽油机更具明显技术优势，不仅下泵深度不受影响，节能效果明显，而且特殊的运行方式，可有效减缓杆管偏磨，减少作业频次。但也存在电气化技术性强，规模应用后要达到游梁式抽油机管理水平，需提高工人的技术水准。
3 结束语
（1）抽油机具有广阔的应用前景，配合油田物联网（数字化）建设，可进一步促进举升设备智能化转变，进一步降低人工成本。（2）抽油机电气化程度高，可采取设备维护外包方式，既规避工人维护的安全风险，同时可有效控制设备维护成本，保证设备较高时率运行。（3）下步计划对高含水、泵况存在问题的抽油机与其他区块低产井进行调换或转移，进一步收集抽油机试验数据，确定适用范围。
参考文献：
[1]抽油机井功率法平衡调整在低渗透油田的应用[J]. 刘杰. 石油石化节能. 2016（10）