节能降耗是企业的生存之本，其主张树立“点点滴滴降成本、分分秒秒增效益”的节能意识，以最好的管理来获取最大的节能效益。油田行业十分重视节能降耗。其中电力的节能降耗是重头戏，主要体现在发电、输配电和用电方面。为了实现油田节能降耗目标，精细化管理得到了推广应用。以下主要从发电、输配电和用电方面探讨油田电力节能降耗管理的优化路径。

1.电动机带动抽油机存在问题

1.1发电现象

现有的节电措施大都是针对电机低负荷率下效率低和功率因数低造成的电能浪费的情况，而抽油机浪费电能的另一个重要原因是抽油机拖动电机发电，有实验证明：目前使用的各种类型的电动机都多少存在这种情况。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减速箱输入轴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，其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。在整个电能一机械能一电能的转换过程中能有很大的一部分能量被浪费掉。

1.2电动机负载低

为保证抽油机的启动要求和在运行时有足够的过载能力，通常所配的电动机装机功率较大，而电动机正常运行时都是轻载运行，造成抽油机负载率低，与电动机不匹配，形成“大马拉小车”的生产状况，使线路、变压器、电动机的功率损耗增大；电动机的运行效率取决于负载率，轻载时电动机的效率很低，当负载增加到一定值时，变化则很小，有实验证明：负载率（0.4时，效率的变化不大，负载率>0.7时，效率最高。当电动机负荷很低时，电动机仍要从电网吸取较大的无功功率，从而降低了功率因数，这就是目前电机功率因数低的主要原因。

1.3平衡率低

现场使用的抽油机平衡率低，严重的不平衡造成电力的浪费，造成多数电动机电流变化不均匀，使电动机内耗大大增加，影响整个抽汲系统的效率。

2.抽油机节能特点和应用

常规型游梁式抽油机工作特点是承受交变载荷，悬点运动速度和加速度的变化使载荷极不均匀，工作能耗偏高，不平衡现象普遍存在，地面系统效率偏低，用电多。异向型游梁式抽油机具有峰值扭矩低、所需电动机功率低等特点，运转时平衡效果较好。在相同的情况下，其系统效率比常规型高2.5-4%。前置式游梁抽油机具有平衡效果好、光杆最大载荷小、节能效果好等特点。其缺点是悬点载荷低于额定悬点载荷，造成抽油机资源的浪费，工作时前冲力大，影响机架的稳定性，使它的应用受到制约。现场应用的节能电动机主要有：变级调速、电磁调速电机（滑差电机）、变频调速、高转差率电机、永磁同步电机、双功率电机几种，下面对它们的特性和现场应用情况做一简单陈述。变频调速可以低速轻载启动，抽油机冲次及上下冲程的速比可实现无级调节，可以根据油井井况进行抽空控制，自动调节抽汲参数，有电流保护、过电压保护等作用，但由于价格昂贵和维修不方便等的原因，在现场应用极少。滑差电机可实现无极调速，电机转轴与负载之间为软特征连接，可以平滑启动，但低速时损耗大、效率低，由于应用调速电机的油井多为供液能力差、需实现低冲次运行的油井，此种电机在现场应用不广泛。高转差率电机具有较高的转差率和软的机械特征，较高的堵转转矩和较小的堵转电流，较高的效率、功率因数，适用于转动飞轮转矩较大和不均匀冲击载荷，特别是抽油机用冲击载荷。

3.电机节电对策

可以根据每一台抽油机具体的“症结”所在，综合考虑制定出相应的节电措施，实现抽油机的经济运行，下面提几点措施：（1）提高电动机的负载率。电机低负荷率下的效率低和功率因数低是抽油机浪费电能的原因之一，电动机负载率提到7-12%，则系统效率可提高2-4%，当电机负载率低于25%时，应考虑奉还一个低容量级别的电动机。（2）油井参数优化。针对供液不足井泵效低，耗电量大的现状，采取低速电机和变频器手段进行参数优化，达到节电的目的。（3）合理选用抽油机机型，充分发挥抽油机潜力。抽油机的悬点载荷状况是影响抽油机能耗的主要因素，其理想载荷率为80%左右。由于油井井况多变，因此需要经常调节平衡，另外的原因是，平衡度好的抽油机，在稳定生产的情况下，抽油机拖动电动机发电少。（4）选用节能电动机，改造普通电动机。根据现场情况，选择节能电动机，减小机内损耗，提高电动机本身的运行效率，使抽油机与电动机保持良好的功率匹配，提高效率，节约用电。改造现有普通电动机，在电动机机轴处安装一个带蓄能器的离合器，使电动机实现空载启动，降低启动电流，从而减小电动机的装机功率，提高电机的负载率。电动机的星角接线自动变换装置，在轻载时，Y接线运行，负载增大时，改为角接线运行。（5）安装无功补偿装置。单井功率因数补偿柜是在变压器低压侧投加电容，利用无功就地补偿装置产生的容性电流抵消电动机的感性电流，油井安装无功补偿器后，降低了线路的损耗和变压器的铜耗，从而提高功率因数，提高效率，达到节电目的。（6）使用节能减速器。抽油机节能减速器由一个轴承支座和兩个大小不同的皮带轮组成，两个皮带轮通过轴和轴承固定在轴承支座上，轴承支座通过底座螺栓固定在抽油机底座上，大皮带轮通过皮带与电机相连接，小皮带轮与抽油机皮带轮连接，通过加大传动比，在电机功率降低的情况下，满足抽油机悬点负荷要求，实现0.5-4.0次达到降低冲次和节电的目的，其具有启动平稳、运行平稳、优化油井参数、降低电耗与成本的特点。

2　无极间开设计方法

2.1　设计步骤

对一口给定的抽油机井，假定油层连续出液，不存在间歇出液的情况，且日产液量相对稳定。由于抽油机井生产参数如油管直径、冲程长度等均是不连续的离散参数，要设计出使日耗电量 W 最少对应的生产时间及生产参数组合可以对所有参数进行排列组合设计。设计步骤如下。（1）预测或给定油井日产液量 Q_t及动液面，将一天 24 h 按一定步长（通常可取 1、2、4 h）递减作为生产时间 Ti，求出 Q_i。（2）选定抽油机机型，对于老井保持抽油机机型不变。（3）设定抽油机井的杆、管、泵、冲程、冲次、泵深的可选择范围。（4）对每一种 T_i、Q_i组合，在步骤 3 设定的范围内，将各种管径、各种杆柱钢级、各种泵径与各种泵深（对应科学的杆柱组合）、各种冲程、各种冲次一一组合，每一种生产参数组合应用式计算其可完成的产量 Q_i，则该组合为能保持产量不变的可行生产参数组合；若不成立，则该组合舍去不用。同时每一种可行生产参数组合还需满足抽油机井的安全条件（满足抽油机额定载荷、额定扭矩限制及杆管强度限制）。（5）计算出每一种 T_i、Q_i组合下每一种可行生产参数组合所对应的输入功率P_i，计算出其对应的日耗电量 W 及相应的年度耗电费用，根据各种管杆、泵的价格，计算出每一组机采参数所对应的机采年耗成本。（6）每一种（W、T_i、Q_i、P_i、生产参数组合）作为一种生产模式，在所有生产模式中，推荐以日耗电最低者或年耗成本最低者为所选择的机采参数，包括生产时间、管径、管长、杆柱钢级、泵径、泵挂深度、杆柱组合、冲程、冲次等。（7）对于选定的生产时间 T_i，其停井时间为 24-T_i。为减少停井时井底流压上升对产量的影响，需要实行无极间开方式以保证产液要求。无极间开方式是将生产时间、停井时间分为相同数量的小时间段（建议取 0.1 h 的整数倍），按生产 - 停井 - 生产 - 停井……的短间歇间开模式生产，分的时间段数越多，对产量的影响越小。但为尽量减少频繁起停抽油机带来的设备冲击与磨损，同时防止井口凝冻、井筒结蜡、卡泵等，最大停井时间根据油井的集输方式、井口温度、原油物性等综合因素确定。无极间开方式既能保证产液目标的实现，又能降低抽油机能耗，不再需要象常规间抽方式那样对抽油机井的动液面恢复及下降实施长时间连续监测来探索确定间开时间，但需要注意抽油机保养与维护。上述生产时间 T_i可选、生产实行短间歇间开的设计方法称之为无极间开设计方法。

2.2　计算实例及分析

根据上述模型及设计方法，编制了计算机软件。以一口井以例，展示上述节能优化综合模型及无极间开设计方法的设计过程。示例井主要参数：油层射孔井段1 245.8~1 306.0 m，油层温度51.15 ℃，抽油机型号 CYJ8-3-37HF，冲程孔 3 m、2.4 m、1.8 m，日产液量 4.1 m³/d，含水率 7%，动液面 1 100 m，油压0.85 MPa，套压 0.98 MPa，气油比 24.4 m³/m³，饱和压力 2.81 MPa。该井 24 h 连续生产，生产参数：冲程3 m、冲次 4.1 次 /min、泵径 Ø32 mm、泵深 1 103.53 m，测试输入功率 4.176 kW，系统效率 12.1%。按照 2.1 所述步骤，计算时生产时间递减步长取 4 h，生产时间 T_i分别为 24、20、16、12、8、4 h，按照公式（2）求得各生产时间对应的间抽产量 Q_i，在该井抽油机设备许可条件下，油管内径选 Ø62 mm，抽油杆选 D 级，泵径选现场常见的泵径，泵深一般限定为 1 150~1 240 m，冲次限定为 2.3~12 次 /min。在上述条件下，对每一种 T_i、Q_i组合，设计出能够实现该T_i、Q_i组合下所有杆、管、泵参数组合，分别筛选出每一种泵径下日耗电最低的一组参数，按 2.1 步骤 7 确定开井、停井时间（本次设计取开井时间最低为 6 min）。通过计算结果可知，该井若仍然采取连续 24 h生产方式，生产日耗电最低为 48 kW·h，系统效率最高为 25.24%；若可采取间抽方式，生产日耗电最低为 24.4 kW·h，系统效率最高为 49.64%，每天可只生产 4 h。可以得出结论：对于一口特定的抽油机井，在给定的产量条件下，存在一个满足抽油机限定条件的日耗电最低的生产模式，该模式通常是较短的生产时间、较大泵径、较低杆速；相同的生产时间条件下，较大泵径、低杆速的生产模式日耗电较低；不同的生产时间、相同泵径条件下，存在着一个日耗电最低、系统效率最高的生产时间；不同的生产模式需要不同的地面设备，由此可以根据现有地面设备选择目前设备投入最少的生产模式。若选择 24 h 连续生产冲次是 2.3 次，则需要 12 极低速电机或增加变频器才能实现，若选择 8 h 间抽生产冲次是 3.5 次，则使用 8 极电机即可实现，但需要增加一个间抽控制器。

针对油田游梁式抽油机结构简单，可靠性高，使用维护方便，适应现场工况，是油田的首选设备。随着油田进入开发中后期，如何打造油井电动机的节能增效是一项重要任务。本文根据工作实践，从现状出发，提出了一套具有实用意义的电机节能增效措施，具有重要的参考意义及推广价值。

参考文献：

[1]耿鹏.抽油机节能改造关键技术研究[J].西安石油大学.2015

[2]刘文宝.游梁式抽油机节能现状和技术创新探讨[J].科技与创新.2014（15）