我國的油田多為低滲透的低能、低產(chǎn)油田，不像中東的油田那樣具有很強的自噴能力，大部分油田要靠注水壓油入井，再靠抽油機把油從地層中提升上來(lái)。以水換油、以電換油是我國油田的現實(shí)，電費在我國的石油開(kāi)采成本中占了很大比例。因此，石油行業(yè)十分重視節約電能。

　　在我國的石油開(kāi)采中，機械采油井占絕大多數，其中有桿采油（有桿抽油井）占總機械采油的90%以上。全國產(chǎn)油量70%以上靠有桿抽油機來(lái)完成。其能耗已占油田能耗的三分之一。全國每年耗電約四十二億人民幣。由于各油田每年要有幾千口新井投入生產(chǎn)，連同原有設備更新，每年要新增幾千臺抽油機。抽油機在我國石油開(kāi)采有重要的地位。

　　目前，在油田采用的抽油設備中，以游梁式抽油機最為普遍，數量也最多。2003年，勝利油田某采油廠(chǎng)采用普傳變頻器對抽油機實(shí)施改造油井泵效率顯著(zhù)提高，日均增油2噸，節電率達到30％以上，下面簡(jiǎn)單介紹節能改造的原理和操作方案。

　　二、游梁式抽油機工作原理

　　它的動(dòng)作原理是由交流電動(dòng)機恒速運轉拖動(dòng)抽油泵，沿著(zhù)重力作用方向進(jìn)行往復運動(dòng)，從而把原油從數百至數千米的井下抽到地面。分析其負載特性可知其慣量較大，而不同的油井的粘度大小又很不同，當油的粘度較大時(shí)，泵的效率也變低，往往啟動(dòng)也很困難。該負載又是周期負載，上升、下降行程負載性質(zhì)亦不同，下降時(shí)尚帶有位勢負載性質(zhì)。為適應這些復雜的工況，抽油機的配置及其實(shí)際工作狀態(tài)往往只能是大馬拉小車(chē)。游梁式抽油機運動(dòng)為反復上下提升，一個(gè)沖程提升一次，其動(dòng)力來(lái)自電動(dòng)機帶動(dòng)的兩個(gè)重量相當大的鋼質(zhì)滑塊，當滑塊提升時(shí)，類(lèi)似杠桿作用，將采油機桿送入井中；滑塊下降時(shí)，采油桿提出帶油至井口，由于電動(dòng)機轉速一定，滑塊下降過(guò)程中，負荷減輕，電動(dòng)機拖動(dòng)產(chǎn)生的能量無(wú)法被負載吸引，勢必會(huì )尋找能量消耗的渠道，導致電動(dòng)機進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，將多余能量反饋到電網(wǎng)，引起主回路母線(xiàn)電壓升高，勢必會(huì )對整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，導致電網(wǎng)供電質(zhì)量下降，功率因數降低的危險；頻繁的高壓沖擊會(huì )損壞電動(dòng)機，造成生產(chǎn)效率降低、維護量加大，極不利于抽油設備的節能降耗，給企業(yè)造成較大經(jīng)濟損失。游梁式抽油機引入兩個(gè)大質(zhì)量的鋼質(zhì)滑塊，導致抽油機的起動(dòng)沖擊大等諸多問(wèn)題。

　　除上述兩方面問(wèn)題外，油田采油的特殊地理環(huán)境決定了采油設備有其獨特的運行特點(diǎn)：在油井開(kāi)采前期儲油量大，供液足，為提高功效可采用工頻運行，保證較高產(chǎn)油量；在中后期，由于石油儲量減少，易造成供液不足，電動(dòng)機若仍工頻運行，勢必浪費電能，造成不必要損耗，這時(shí)須考慮實(shí)際工作情況，適當降低電動(dòng)機轉速，減少沖程，有效提高充盈率。

　　三、對游梁式抽油機的交流變頻調速技術(shù)改造的主要優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)提高電網(wǎng)質(zhì)量，減小對電網(wǎng)影響。這主要集中在供電企業(yè)對電網(wǎng)質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合，為避免電網(wǎng)質(zhì)量的下降，需引入變頻控制，其主要目的就是減小抽油機工作過(guò)程對電網(wǎng)的影響。

　　(2)節能。一方面，油田抽油機為克服大的起動(dòng)轉矩，采用的電動(dòng)機遠遠大于實(shí)際所需功率，工作時(shí)電動(dòng)機利用率一般為20%～30%，最高不會(huì )超過(guò)50%，電動(dòng)機常處于輕載狀態(tài)，造成資源浪費。另一方面，抽油機工作情況的連續變化，取決于地下的狀態(tài)，若始終處于工頻運行，也會(huì )造成電能浪費。為了節能，提高電動(dòng)機工作效率，需進(jìn)行變頻改造。

　　具體節能改造的實(shí)施方案有以下兩種

　?。ㄒ唬?、簡(jiǎn)單降速方式：直接加裝變頻器并將電動(dòng)機運行頻率降下來(lái)，降低電機轉速，增加每個(gè)沖程的時(shí)間，達到節能效果。實(shí)際應用中能達到15％－30％的節電效果。

　?。ǘ?、變化沖程方式：經(jīng)過(guò)實(shí)測井況和油水比例，根據游梁式抽油機的運行特性，對每個(gè)沖程中下降和提升設置不同的頻率，隨時(shí)調整電動(dòng)機的轉速，抽油桿慢速下降快速提升，不僅達到節電效果，而且能夠有效地調整油水比例，提高產(chǎn)量。實(shí)際應用中對近40臺改造后的游梁式抽油機現場(chǎng)實(shí)測，較工頻運行時(shí)平均節電38％，如果再計算產(chǎn)油量的提高，綜合效益非?？捎^(guān)。

　　 四、實(shí)際應用中容易出現的問(wèn)題及解決方法

　　在實(shí)際應用過(guò)程中出現了許多問(wèn)題，主要集中在游梁式抽油機發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生能量的處理上。對于上述第一種情況，采用普通變頻器加能耗制動(dòng)單元可較方便實(shí)現，這是以多耗電能為代價(jià)的，主要因為發(fā)電能量不能回饋電網(wǎng)造成。在未采用變頻器時(shí)，電動(dòng)機處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，從電網(wǎng)吸收電能；電動(dòng)機處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，釋放能量，電能直接回饋電網(wǎng)的，并未在本地設備上耗費掉。綜合表現為抽油機供電系統的功率因數較低，對電網(wǎng)質(zhì)量影響較大。但在使用普通變頻器時(shí)，情況發(fā)生了變化。普通變頻器輸入是二極管整流，能量不可反方向流動(dòng)。上述這部分電能沒(méi)有流回電網(wǎng)的通路，須用電阻就地消耗，這是必須使用能耗制動(dòng)單元的原因。

　　使用環(huán)境對變頻調速系統的影響不容忽視，變頻調速系統安裝位置大多數是野外的抽油機附近，降雨、結露、潮濕、冰凍、灰塵、昆蟲(chóng)、小動(dòng)物都會(huì )對變頻器造成嚴重損害，同時(shí)還要防盜。這些情況要在安裝之初就充分解決，目前大多數現場(chǎng)采用的辦法是雙層、防水防塵配電柜來(lái)解決上述問(wèn)題。這樣基本上能解決野外作業(yè)的環(huán)境影響，但是同時(shí)造成散熱不良的問(wèn)題，為保證正常工作，需要在變頻器容量的選擇上充分考慮。

　　電網(wǎng)質(zhì)量對變頻器的影響也很大，游梁式抽油機的供電線(xiàn)路較遠，電網(wǎng)容易產(chǎn)生波動(dòng)，很多對電網(wǎng)穩定要求高的變頻器會(huì )經(jīng)常出現過(guò)電壓或者欠電壓保護，因為普傳變頻器具備適應電網(wǎng)波動(dòng)較大場(chǎng)合使用的特性，所以應用普傳變頻器以來(lái)，雖然電網(wǎng)有較大波動(dòng)（310V――430V）之間，一直能夠正常運行。

　　野外安裝，防雷擊也是重要方面，在安裝時(shí)要注意設置避雷裝置。

　　【結論】：變頻技術(shù)因其節能、利于提高工藝水平、方便構成自控系統的優(yōu)勢，在各個(gè)行業(yè)得到越來(lái)越過(guò)廣泛的應用。應用變頻調速是企業(yè)提高工藝水平、節能挖潛、增加效益的重要途徑，今后必將得到更廣泛的應用，為企業(yè)創(chuàng )造巨大的效益。