電量約占油田總用電量的40%，運行效率非常低，平均運行效率只有25%，功率因數低，電能浪費大。因此，抽油機節能潛力非常巨大，石油行業也是推廣“電機系統節能”的重點行業。本文介紹了採用變頻調速技術，使抽油機的運動規律適應油井的變化工況，實現系統效率的提高，達到節能增產的目的。

概況

抽油機是目前採油生產中的主要設備，其數量達10萬臺以上。電動機裝機總容量在3500萬KW，年耗電量達百億度以上。抽油機用電量約占油田總用電量的40%，運行效率非常低，平均運行效率只有25%，功率因數低，電能浪費大。因此，抽油機節能潛力非常巨大，石油行業也是推廣“電機系統節能”的重點行業。

抽油機變頻改造的幾個好處

1、大大提高功率因數，（0.25～0.5提高0.9以上）。減小了供電電流，從而減小了電網及變壓器的負荷。

2、動態調整抽取速度，一方面節能，同時增加原油產量。

3、實現真正“軟起動”對電機變速箱抽油機，避免過大機械衝擊，延長設備使用壽命。

抽油機負載分析
1、國內應用較廣泛的是遊梁式豎井抽油機，它有三部分組成：

1）地面部分：由電動機、減速器和四連杆構成；
2）井下部分：抽油泵（吸入閥、泵筒、柱塞和排油閥），它懸掛在套管中的下端；
3）抽油杆柱：連接地面抽油機和井下抽油泵的中間部分
2、抽油機的電機負荷是按週期變化的，開始起動時，負荷很大，要求啟動轉矩很大。正常運行時負荷率很低，一般在20%左右，高時負荷率只有30%。電機的負荷曲線有2個峰值，分別為抽油機上、下衝程的“死點”。未進行平衡的條件下，上、下衝程的負載極度不均衡，在上衝程時，需要提起抽油杆柱和液柱，電機需付出很大能量。在下衝程時，抽油杆柱對電機作功，使電機處於發電狀態。通常在抽油機的曲柄上加上平衡塊，消除上下衝程負載不平衡度。平衡塊調節較好，其發電狀態的時間和產生的能量就小，由於抽油載荷是每時每刻在變化，平衡配重，不可能隨抽油負荷作完全一致的變化，絕大部分抽油機配重嚴重不平衡，從而造成過大的衝擊電流，衝擊電流最大可是5倍的工作電流，甚至達到額定電流的3倍。調整好平衡配重，可降低衝擊電流是正常工作電流的1.5倍。負載特性：是恒速運行，由於配重，是變轉矩，變功率負載在一個迴圈週期內有兩次發電狀態，起動力矩大、慣性大。在國內油田使用的抽油機普遍存在的問題：運行時間長，“大馬拉小車”，效率低，耗能大，衝程和沖次調節不方便，有時空抽現象。

傳統抽油機變頻器改造的難點

油機變頻節能改造做了大量的嘗試，但都不太成功，主要問題是：
1）抽油機在一個工作迴圈中，有兩次發電狀態，尤其當配重不平衡時，產生的“泵升電壓”很高，靠加大變頻器直流側電解電容和減小制動電阻值，不能完全解決問題，並且隨著油層的變化，“泵升電壓”也在變化。
2）抽油機起動需要較大的起動轉矩，如變頻器參數設置不當，易造成過流或不能起動。
3）以往的變頻節能改造設計方案很少考慮油井的油面、油濃度的變化等情況。在提高產量方面，效果不佳。

解決方案

抽油機變頻改造存在的問題，我司提出以下解決方案：
1）採用變頻調速技術，使電機轉速與抽油機負載匹配。在前期井中由於剛開採，油量大，讓變頻器運行到65HZ，電機轉速提高30%，採油率比工頻提高20%，工效提高1.2倍。在中、後期井中，油量減小，降低轉速，減少衝程，一般頻率運行至35～40HZ之間，電機轉速下降30%。節電率可達25%，而且提高了功率因數。
2）動態調節抽油機的衝程頻次，隨著油井由淺入深的抽取，油量逐漸減小，出現泵充滿度不足，泵效下降，當油井的供油能力小於抽油泵排量時，就造成泵抽空和液擊現象。降低頻率，電機轉速下降，提高充滿度，不僅節能而且增加原油產量。
3）動態調節抽油機上下行程的速度，適當降低下行程速度，提高泵內的充滿度，適當提高上行程速度，可減小提升中漏失係數，使抽油機工作在較佳運行狀態，有效提高單位時間內原油產量。
4）起動力矩大，運行中負荷低，衝擊電流大要從根本上解決問題，加大電動機極對數或增大減速箱速比，增大輸出力矩。變頻器正常運行80～90HZ。這也有利於減少發電狀態的能量，減少“泵升電壓”。
5）再生能量的處理問題
增大變頻器直流側濾波電容的容量；減少制動電阻值，提高制動系統的耗電能力，或直接使用回饋制動，減小能量損失；發電時，頻率增大。
6）防空抽，增產。動態調節抽油機衝程頻次和上、下行程速度。設定電機的輸出功率標準值，即時檢測電機輸出功率，控制電機轉速，大於標準值，加速。反之減速，實現閉環控制。