关键词:抽油机；冲次；干抽；变频储能；节电率；功率因素

0 引言

延长油田基本采用游梁式抽油机。游梁式抽油机是一种特殊的四连杆机构，其整个结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。地面采油系统耗电设备主要为抽油机，在抽油机带动油杆上、下往复运动过程中，电动机会进入重负荷—轻负荷—空载—发电—空载—轻负荷—重负荷的循环状态。当抽油杆上升时，由于电动机需要克服液柱负载、油杆负载、摩擦阻力等而处于重载荷运行状态；当抽油杆下降时，由于电动机需要克服较小的负载而处于轻负载或空载状态。

由于抽油杆、光杆、液柱是有一定重量的，再加上油管、油杆的形变，导致抽油机启动的瞬间，需要克服较大的启动负荷；当抽油机正常运行后，需要的功率又大幅减少，由于液面深度是动态变化的，抽油载荷也随之发生变化，平衡配重载荷和抽油载荷工作的变化规律一致是不可能的，地面采油系统中的抽油机就会出现欠平衡或过平衡现象，而电动机提供的功率是额定的，因此就出现了电动机“大马拉小车”、电动机空载等现象，造成能源的巨大浪费。

目前，延长油田约有99%的油井使用有杆泵，加上游梁式抽油机存在能耗大、效率低、成本高等问题。从单纯的机械角度来看，抽油机的节能方法有三种：一是使用节能型抽油机，如异相曲柄平衡抽油机、异型游梁式抽油机和宽带机等，尽可能地使抽油机的平衡曲线和抽油机载荷曲线的变化规律相抵消，而且和不同阶段的抽油机载荷相适应；二是抽油机调平衡，通过使用电流表测上下行电流，使抽油机的平衡度处于80%~100%之间；三是扎实推进抽油机调参工作，优化抽油机工作参数。

为了降低抽油机冲次，同时回收电机负发电的能量，采用变频储能技术控制抽油机电机，实现无级调节抽油机冲次，同时将电机负发电的能量储存在储能电容中，在抽油机另外半个周期中使用，取得了较好的使用效果。

1 变频调速储能技术原理

变频调速储能技术是实现了电动机的软启动，对电网无冲击，电动机功率因数可由0.25耀0.50 提高到0.90 以上，从而减轻了电网及变压器的负担，降低了线损。操作方便，不需停产即可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度。利用最新研制的四象限矢量控制变频调速器，配以过程控制、位置传感等技术改造现有的抽油机，可以实现油井节电、增效和增产，从而提高整个有杆抽油系统的机采效率。

目前抽油机的能量回收方式有两种：逆变器和超级电容（大容量电容），电气原理图分别见图1 和图2。逆变器和超级电容（大容量电容）能量回收方式不一样，前者是实时将能量回馈到电网上对电网有污染，后者是将抽油机前半周期电机发电的能量储存在超级电容（大容量电容）中，在抽油机后半周期使用。

逆变器接在变频器的母线上，抽油机平衡块下落过程中，电动机发电在变频器的母线上产生直流电，通过逆变器加到电网上，以节省电能，同时须增加滤波器去除变频器产生的高次谐波，尽量减少对电网的污染。

超级电容（大容量电容）同样接在变频器母线上，抽油机平衡块下落过程中，电动机发电在变频器的母线上产生直流电，电能储存在超级电容（大容量电容）上，平衡块上升时优先使用超级电容（大容量电容）上的电能，以节省电能，同时须增加滤波器去除变频器产生的高次谐波。此方案对电网没有任何污染，但电能回收效率没有逆变器高。惯性负载中利用“超级电容”储能，早先使用在高铁中，目前已经在油电混合汽车上广泛应用，将前半周期产生的能量暂时储存，后半周期使用。