勝利油田孤東采油廠機采系統節能改造

朱益飛（勝利油田孤東采油廠）

勝利油田孤東采油廠機采系統節能改造

朱益飛（勝利油田孤東采油廠）

針對勝利油田孤東采油廠機采系統存在部分變壓器容量大、負荷不匹配、能耗高、沒有自動調壓功能、以及油井電動機啟動扭矩小、功率大、效率低、功率因數低等問題，文章提出了采用油井永磁同步電動機+無功智能自動補償控制箱+自動調壓變壓器的節能技術改造方案，介紹了三項節能技術的特點、節能技術改造實施情況以及實施效果的綜合評價，為油田開展機采系統節能改造和節能降耗工作提供了有益的經驗。

機采系統 節能 改造 效益 分析

勝利油田孤東采油廠現有油井2 829口，開井20 85口，年產原油260×104t，全廠年總耗電量4.75×108kWh，其中油井耗電占采油廠總耗能的40.3%。目前抽油機井拖動系統主要由變壓器（大容量變壓器為主）+電容自動補償控制柜+三相異步電動機等設備組成，存在著在用變壓器容量大、型號舊、變壓器容量不匹配節能效果差、功率因數低、電動機功率大等問題，導致系統效率較低、耗能較高，不符合國家關于“建設資源節約型社會”的國策［1］。近幾年，隨著油田永磁同步電動機在抽油機上的大量推廣應用，由于永磁同步電動機對電壓有一定的要求，而現場電壓變化幅度較大，且在用變壓器沒有自動調壓功能，從而造成永磁同步電動機實際應用效果耗能差異較大，使永磁同步電動機的節能優勢沒有得到充分發揮，機采系統仍然存在著巨大的節能潛力。為此，我們提出勝利油田孤東采油廠機采系統節能改造這一重要研究課題，在保證孤東油田油井的正常生產前提下，實施對抽油機油井用電設備進行系統優化配套，從而達到節能降耗的目的。

1 抽油機油井用電設備現狀調查

據統計，勝利油田孤東采油廠機械采油系統現有在用變壓器1 271臺、容量139 869 kVA，平均容量110 kVA。其中節能型變壓器683臺、容量41 560 kVA，平均容量61 kVA，主要是一拖一或一拖二的方式，容量相對匹配；高耗能變壓器588臺（其中S7型442臺、SL7型129臺、其它J9、SS、SSN型等17臺），容量98 309 kVA，平均容量167 kVA，主要是一拖多的方式，容量匹配較差。

采油廠機械采油系統共有在用自控箱2 058臺，其中使用時間8年以上的有384臺，占18.6%。調查在用自控箱具備節電功能的只有1 126臺，占總數的54.7%，其它932臺自控箱都是非節電普通自控箱。

采油廠機械采油系統共有在用電動機2 058臺，平均裝機功率30.2 kW，平均日耗電236 kWh，其中三相異步電動機1 505臺，平均裝機功率30.3 kW，平均日耗電244 kWh；永磁同步電動機263臺，平均裝機功率28.3 kW，平均日耗電177 kWh；電磁調速電動機127臺，平均裝機功率33.7 kW，平均日耗電268 kWh；其他電動機163臺，平均裝機功率29.4 kW，平均日耗電238 kWh。

2 存在的主要問題

經過對全廠機采系統用電設備現狀的調查分析，我們發現主要存在以下幾個問題：

1）部分在用變壓器屬于淘汰型號，能耗較高。

目前勝利油田孤東采油廠仍有高耗能變壓器588臺，其中S7型442臺、SL7型129臺、其它J9、SS、SSN型等17臺，均屬于淘汰型號，每年多耗電313×108kWh以上。

2）部分在用變壓器容量大，用電負荷不匹配，造成容量浪費。

目前勝利油田孤東采油廠在用變壓器主要采用一帶多井的方式，主要是高能耗變壓器容量較大，不僅容量與用電負荷難以匹配，導致容量浪費，而且使低壓線路變長，損耗大。

3）在用變壓器沒有自動調壓功能，部分永磁電動機不能發揮節電作用。

永磁同步電動機對電壓有一定的要求，反電勢一般要高于額定電壓的2.5%～3.5%，現場電壓由于變化幅度較大，一般很難滿足需要，使其節能效果不能充分發揮。

4）在用三相異步電動機啟動扭矩小、功率大、效率低。

由于三相異步電動機啟動轉矩小，所帶動的抽油機為交變沖擊載荷，特別是抽油機啟動時需要較大的起動轉矩，使抽油機配備的電動機功率較大，平均裝機功率30.2 kW，正常運行時電動機的負載率較小，僅有，與85%的最佳負載率差距較大，導致電動機效率降低。

5）部分在用自控箱沒有電容自動補償功能，使電動機功率因數較低，無功耗電增加。

目前，采油廠仍有932臺自控箱是非節電普通自控箱，再加上電動機負載率較小，導致功率因數低，無功耗電增加。采油廠抽油機油井平均功率因數為0.71，配備普通自控箱的油井平均功率因數只有0.49。

3 節能改造方案

針對抽油機油井用電設備存在的主要問題，通過對目前國內節能新設備、新技術、新工藝的調研，抽油機油井用電設備采用具有起動轉矩大、效率高、無功智能自動補償和電壓自動調整的方式進行優化配套，可以達到降低變壓器容量、降低電動機功率、提高功率因數的目的，最終達到節能降耗的目標。為此，有針對性地提出了孤東采油廠機采系統節能技術改造方案，即采用油井永磁同步電動機+無功智能自動補償控制箱+自動調壓變壓器的節能技術改造方案，主要是對目前因變壓器容量不匹配、電動機功率因數較低、日耗電較高的抽油機油井用電設備進行技術改造，計劃改造90口油井，單井配套費用5.3×104元，其中永磁同步電動機2.3×104元，無功智能自動補償自控箱0.9×104元，自動調壓變壓器2.1×104元，共需節能技術改造資金477×104元。

4 三項節能技術的特點

現將永磁同步電動機、無功智能自動補償控制箱和自動調壓變壓器三項節能技術的特點作介紹如下：

1）永磁同步電動機的主要特點：永磁同步電動機具有起動轉矩大、效率高的特點。永磁同步電動機轉矩倍數≥3.4，比普通Y系列電動機高1.4倍以上，可解決因抽油機啟動負荷大而配備大功率電動機、變壓器的問題，提高電動機效率，減少自耗電。抽油機上所用的永磁同步電動機是一種異步啟動的同步電動機，由轉子交流啟動后牽入同步運行，類似于交流同步電動機。其運行是靠定子線圈在氣隙中產生的旋轉磁場與轉子上磁鋼間的相互吸引，使轉子與定子氣隙磁場同步旋轉而做功。其轉子等效為電阻電路，故功率因數高。因無勵磁電流，其空載損耗小。電動機效率可達96%左右，較三相異步電動機高。據統計，永磁同步電動機節電率在25%以上[2]。

2）無功智能自動補償控制箱的主要特點：該電控柜采用智能保護，對運行電流具有LED數顯、故障顯示、故障記憶功能，對電動機負載具有缺相、堵轉、短路故障實現瞬動保護，過流故障實現反時限特性延時保護功能。該項技術采用無功補償自動投切切換技術，實現無功功率動態跟蹤補償，具有設備功率因數顯示、無功功率全自動大范圍調整等特殊功能，可自動適應井況和電動機設備的變化，將電動機功率因數提高到0.9以上，大幅度減少無功損耗，具有較高的綜合節電率[2-3]。

3）自動調壓變壓器的特點：自動調壓變壓器具有多檔自動調壓功能，一是可以調整永磁電動機運行電壓位于反電勢點。二是電動機在起動和運行時可自動調整變壓器二次電壓，使輸出電壓穩定在電動機的額定電壓等級以內，從而縮小變壓器容量等級。單井變壓器容量配置可與電動機容量相同配置，即可滿足生產需要，現用油井其他配置變壓器必須大于電動機容量的25%，否則，將無法啟動電動機。采用自動調壓變壓器替代目前在用系列變壓器，空載損耗可下降37%～40%，短路損耗下降25%～45%。目前在用的節能型S9、S11型系列變壓器不能自動調整二次電壓，無法滿足永磁電動機電壓調整需要，造成部分永磁電動機無法調到合理電壓范圍，達到最大輸出功率長時間過載運行導致功率因數低失磁，造成使用壽命減少。

表1 90口油井節能技術改造前后對比統計數據

5 技術改造實施情況

2009年11月，在前期開展先導性應用試驗的基礎上，立項實施對90口油井進行節能技術改造，在現場進行了每口油井節能技術改造前后儀器測試數據和井口電能表計量統計數據對比，節能技術改造結果見表1。

由表1可以看出，90口油井節能技術改造后油井平均系統效率大幅度提高，平均系統效率由改造前的30.97%提高到改造后的40.53%，前后對比提高了9.56%，其相對值提高了30.87%。平均噸液耗電由3.20 kWh下降到2.13 kWh，下降了1.07kWh。

6 實施效果綜合評價

通過對因變壓器容量不匹配、電動機功率因數較低、日耗電較高的抽油機油井用電設備進行改造，能夠達到提高油井系統效率、降低油井耗電、減少油井故障停井次數，逐步淘汰高耗能用電設備，取得了良好的經濟效益和社會效益。

1）節能效益顯著。改造后平均單井日節電82.7 kWh；油井采油時率按90%進行計算，則90口油井年產生直接節電效益為90×365×82.7×0.9=244.50255×104kWh；電價按0.568元/kWh計算，年節約電費為244.50255×104×0.568=138.8774×104元。

2）變壓器減容效益。根據自動調壓變壓器的特點，單井變壓器容量可減少35 kVA，容量費按每kVA每月11元計算，則90臺變壓器年可節約容量減少費為90×35×11×12=41.5800×104元。

3）提高油井功率因數，減少了無功耗損。根據無功智能自動補償自控箱的特點，通過自動補償功油井平均功率因數由原來的0.501提高到0.946，提高了0.445，大大地降低了無功損耗，提高了電網運行質量。

經統計測算，平均單井日減少無功耗電（電網線路損耗）10 kWh；油井采油時率按90%進行計算，則90口油井年產生直接節電效益為90×365×10×0.9=295 650 kWh；電價按0.568元/kWh計算，年節約電費為295 650×0.568=16.792 9×104元。

4）具有良好的投資回報率。以上3項效益合計年直接改造效益為197.25032×104元。

該項目總投資為470×104元，則節能技術改造項目的投資回收期為2.4年。

5）提高了油井系統效率。改造后，油井平均系統效率大幅度提高，由改造前的30.97%提高到改造后的40.53%，前后對比提高了9.56%，其相對值提高了30.87%，系統完全能適應油井帶負荷啟動和交變載荷運行要求，功率配置優化合理，抽油機井系統效率提高明顯。

7 結束語

提高油田機采系統效率，優化生產配置，降低能耗是油田一項長期而復雜的工作。孤東油田機采系統開展節能技術改造的事實證明，加強技術調研和分析，摸清沖速、產液量變化規律，掌握油井光桿實用功率、油性、原油含水等變化趨勢，從影響油井系統效率提高的諸因素入手，依靠科技進步，進一步完善油田地面配套系統，不斷開展節能新技術的試驗研究和應用，積極引進應用系統的節能新技術和新工藝，大力推廣應用節能新產品和新材料，加大節能資金投入，做好項目運行管理，定能收到較好的節能技改效果。

［1］朱益飛.勝利油田孤東采油廠低沖速稠油井的節能改造［J］.電力需求側管理,2007,9(5)：40-42.

［2］朱益飛，石曉明，馬冬梅.提高孤東油田機采系統效率的途徑［J］.電力需求側管理,2009,11(4)：46-48.

［3］朱益飛.利用動態無功補償技術實現勝利油田的節能改造［J］.電力需求側管理,2009,11(2)：42-44.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.09.018

朱益飛，1989年畢業于華東石油學院，高級工程師，從事油田計量與節能新技術、新工藝的研究開發與推廣應用工作，E-mail：zhuyifei112.slyt@sinopec.com，地址：山東省東營市河口區仙河鎮勝利油田孤東采油廠技術質量監督站，257237。

2011-08-18)