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一、簡介：
磕頭機是目前采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。磕頭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，磕頭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。采用變頻調速技術，使磕頭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。
  
二、抽油機變頻改造的優點：
2.1.大大提高功率因數，（0.25～0.5提高到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。
2.2.動態調整抽取速度，一方面節能，同時增加原油產量。
2.3.實現真正“軟起動”，減小對電機、變速箱、抽油機過大機械沖擊，延長設備使用壽命。
三、磕頭機結構及工作原理
3.1.國內應用最廣泛的是游梁式豎井磕頭機，它有三部分組成：
（1）地面部分：由電動機、減速器和四連桿構成。
（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）抽油桿柱：連接地面抽油機和井下抽油泵的中間部分。
3.2.磕頭機的工作原理：
磕頭機的電機負荷是按周期變化的，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，分別為磕頭機上、下沖程的“死點”。未進行平衡的條件下，上、下沖程的負載極度不均衡，在上沖程時，需要提起抽油桿柱和液柱，電機需付出很大能量。在下沖程時，抽油桿柱對電機作功，使電機處于發電狀態。通常在磕頭機的曲柄上加上平衡塊，消除上下沖程負載不平衡度。平衡塊調節較好，其發電狀態的時間和產生的能量就小，由于抽油負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，絕大部分磕頭機配重嚴重不平衡，從而造成過大的沖擊電流，沖擊電流最大可為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，可降低沖擊電流為正常工作電流的1.5倍。在國內油田使用的磕頭機普遍存在的問題：運行時間長，“大馬拉小車”，效率低，耗能大，沖程和沖次調節不方便，有空抽現象。
四、磕頭機改造及應用實例：
4.1.磕頭機改造原理：
磕頭機在一個工作循環中，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，并且隨著油層的變化，“泵升電壓”也在變化。因此，解決“泵升電壓”的問題至關重要，可以保證變頻器安全運行。降低“泵升電壓”的方式通常采取的方式有以下三種：
- 變頻器采用兩段速度速度的控制方式：上沖程提升的時候采用低速，增大電機轉矩，防止起動過程中出現過流現象。下沖程采用高速，電機處于電動狀態，防止“泵升電壓”過程的出現。
- 變頻器采用加裝制動單元和制動電阻：采用能量泄放的方式降低“泵升電壓”。以上兩種方式在運行過程中，都存在能量損失的問題。
- 變頻器加能量回饋單元：其工作原理是，通過能量回饋單元將變頻器工作過程中產生電能轉換成交流電回饋到電網中。這種方式投資成本較高，但是，有利于節能環保，現在在油田抽油機上廣泛使用。
4.2.應用實例:
普傳PI9000及PI500系列變頻器從問世以來，以其優越的性能和穩定可靠質量，廣泛的應用在各個領域，同時，在油田磕頭機上也大量的應用，下面是應用現場的照片。
 
PI9000系列變頻器
 
PI500系列變頻器
  
遼河油田現場應用圖片（盤錦）
  
吉林油田現場應用圖片（松原）
大慶油田現場應用圖片
五、結束語
由于油井的類型和工況千差萬別，井下滲油和滲水量每時每刻都在變。磕頭機的負載變化是無規律的，故采用變頻調速技術，使磕頭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。
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