一、 磕头机的工作原理

图1 游梁式抽油机实物图

目前，在油田抽油设备中，以游梁式磕头抽油机应用最为普遍，数量也最多，但是，传统的磕头机普遍存在着启动冲击大，运行耗电多，大马拉小车、效率低下等诸多问题，加之油井情况复杂，稠油、结蜡、沙卡现象较多，断杆、烧电机等现象经常发生，对电动机没有可靠的保护功能，设备维修量大，为此，急需对现有的抽油机设备进行改造。

当磕头机工作时，驴头悬点上作用的载荷是变化的。上冲程时，驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱，在抽油机未进行平衡的条件 下，电动机就要付出很大的能量。在下冲程时，抽油机杆柱转而对电动机做功，使电动机处于发电机的运行状态。抽油机未进行平衡时，上、下冲程的载荷极度不均 匀，这样将严重地影响抽油机的四连杆机构、减速箱和电动机的效率和寿命，恶化抽油杆的工作条件，增加它的断裂次数。为了消除这些缺点，一般在抽油机的游梁 尾部或曲柄上或两处都加上了平衡重，如图1所示。这样一来，在悬点下冲程时，要把平衡重从低处抬到高处，增加平衡重的位能。为了抬高平衡配重，除了依靠抽 油杆柱下落所释放的位能外，还要电动机付出部分能量。在上冲程时，平衡重由高处下落，把下冲程时储存的位能释放出来，帮助电动机提升抽油杆和液柱，减少了 电动机在上冲程时所需给出的能量。目前使用较多的游梁式抽油机，都采用了加平衡配重的工作方式，因此在抽油机的一个工作循环中，有两个电动机运行状态和两 个发电机运行状态。当平衡配重调节较好时，其发电机运行状态的时间和产生的能量都较小。

游梁式抽油机的变频改造主要有以下3个方面

(1) 大大提高了功率因数（可由原来的0.25～0.5提高到0.9以上），大大减小了供电电流，从而减轻了电网及变压器的负担，降低了线损，可省去大量的“增容”开支.这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合，为避免电网质量的下降，需引入变频控制，其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。在前期井中，由于刚开采，储油量大，使用变频器运行至 65HZ，频率提高了1/3，相应地电机转速提高了30%，其采用油量也相应提高，其综合采油率可比工频情况下多采油 20%，工效提高了1.2倍，很受油田采油工的欢迎。

(2) 以节能为第一目标的变频改造。这点较普遍，一方面，油田抽油机为克服大的起动转矩，采用的电动机远远大于实际所需功率，工作时电动机利用率一般为 20%～30%，最高不会超过50%，电动机常处于轻载状态，造成资源浪费。另一方面，抽油机工作情况的连续变化，取决于地底下的状态，若始终处于工频运行，也会造成电能浪费。为了节能，提高电动机工作效率，需进行变频改造。在中、后期井中，由于井储量减少，电机若仍工频行，势必浪费电能，造成不必要的损耗，因而我们采用降低转速的方式，减少冲程，一般将变频器的频率运行至35-40HZ之间，这样电机转速下降了30%，加之采油设备一般负荷较轻，节电率可达25%左右，而且提高了功率因数，减少了无功损耗。

(3) 变频器具有软启/软停功能，在电机启动时，减少了对抽油杆的机械冲击，对稠油、结蜡、沙卡、等都能效地进行保护停机，以保护电机及机械设备，减少维修量，防止断杆，变频器对过压、欠压，过载、短路及电机失速都能可靠地保护，对延长电机的寿命，减少机械设备的磨损等，都具有很好的作用。

由于实现了真正的“软起动”，对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击，大大延长了设备的使用寿命，减少了停产时间，提高了生产效率。以提高电网质量和节能为目的的变频改造。这种情况综合了上面两种改造的优点，是应用中的一个重要发展方向。

三、 抽油机的技术发展

第一代：最先的抽油机主马达主要是采用三相异步电机启动，三相异步电动机启动运行缺点就是没有调速功能，只能保持一个恒速，严重影响产油量。这种不带保护的抽油机电机控制方式已经退出了历史舞台。

第二代：由于直流电动机的面世，也加快了直流电机在抽油机上的应用，从而替代了异步电机的使用。采用直流调速的方法明显的优胜三相异步电机，产油量也高了许多；但直流电动机成本比较高，其调速性能也不是很理想。

第三代：采用变级电机调速，就是改变电机极对数来达到调速的目的，常采用4／8／32极多速电机实现。但其装置比较复杂，占用空间也比较大，设备寿命短，稳定性不太好。

第四代：变频调速技术，由于变频调速技术已成为节能及提高产品效益质量的有效措施，油田中变频器应用在游梁式抽油机已经非常广泛。由于油井的类型和工况千 差万别，井下渗油和渗水量每时每刻都在变．抽油机的负载变化是无规律的，故采用变频调速技术，使抽油机的运动规律适应油井的变化工况，实现抽油系统效率的 提高，达到节能增产的目的。下面钟对变频器在油田嗑头机中的应用，例出几个应用方案做简要论述。

五、 总结

总之，变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术，其应用已经渗透到石油行业的各个技术部门。