抽油機(jī)“一拖多”節(jié)能效果測(cè)試方法探索

王海軍 雷 鈞 濮新宏

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司 技術(shù)監(jiān)測(cè)中心 (陜西 西安 710021）

抽油機(jī)“一拖多”節(jié)能效果測(cè)試方法探索

王海軍 雷 鈞 濮新宏

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司 技術(shù)監(jiān)測(cè)中心 (陜西 西安 710021）

通過(guò)分析抽油機(jī)“一拖多”變頻技術(shù)節(jié)能效果測(cè)試中存在的問(wèn)題，結(jié)合“一拖多”的節(jié)能原理，比較井組測(cè)試和單井測(cè)試2種不同方法判定節(jié)能效果的科學(xué)有效性，得出井組測(cè)試是適應(yīng)“一拖多”變頻原理測(cè)試方法的結(jié)論。

抽油機(jī) “一拖多” 節(jié)能效果

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司自2009年起在所屬采油區(qū)塊進(jìn)行了抽油機(jī)“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻裝置的現(xiàn)場(chǎng)前導(dǎo)試驗(yàn)，論證該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的安全性、可靠性、穩(wěn)定性及節(jié)電效果。

1 抽油機(jī)“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻裝置簡(jiǎn)介

“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻能量回饋調(diào)速系統(tǒng)是在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子變頻直流回路中，加上一個(gè)并聯(lián)直流斬波器，利用斬波器將轉(zhuǎn)子側(cè)整流電壓和逆變側(cè)直流電壓進(jìn)行脈寬調(diào)制匹配 （由占空比控制而改變轉(zhuǎn)子直流電壓電勢(shì)Ef）。這樣就可以使逆變器的觸發(fā)角β固定在一個(gè)較小的角度不變，從而使逆變器的功率因數(shù)較高（cosФ≈cosβ），諧波分量也得到很好的抑制。該系統(tǒng)一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是βmin可以很小，逆變器中的晶閘管能從根本上消除換流重疊現(xiàn)象，逆變器功率因數(shù)可達(dá)0.97，并且不隨調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而變化，從而大大減小了逆變器對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功沖擊;另一突出優(yōu)點(diǎn)是逆變器的容量，比傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)要小得多。由于逆變器的功率因數(shù)接近1，所以，通過(guò)逆變器傳輸?shù)墓β时闳渴怯泄β剩⑶铱梢越普J(rèn)為逆變器傳輸?shù)墓β示褪寝D(zhuǎn)差功率。

可控硅逆變器逆變角固定在一個(gè)較小的角度不變，僅實(shí)現(xiàn)電機(jī)能量的逆變回饋功能，調(diào)速功能由并聯(lián)IGBT斬波器完成。對(duì)于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)而言，其能量回饋功能可通過(guò)共用一個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而電動(dòng)機(jī)的調(diào)速由多只IGBT斬波器分別實(shí)現(xiàn)，這便是“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻能量回饋調(diào)速系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)異步同時(shí)回饋調(diào)速的基本原理(圖1)。

2 抽油機(jī)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果的測(cè)試計(jì)算方法

機(jī)采系統(tǒng)的能耗測(cè)試主要是測(cè)試系統(tǒng)的耗電量，機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測(cè)定實(shí)質(zhì)上是計(jì)算產(chǎn)品的節(jié)電量，主要方法是通過(guò)計(jì)算節(jié)能產(chǎn)品的節(jié)電率，即有功節(jié)電率、無(wú)功節(jié)電率和綜合節(jié)電率，其中有功節(jié)電率直觀(guān)反映系統(tǒng)耗電量的變化情況。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)電率時(shí)主要利用SY/T 5264-2006《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法》對(duì)安裝節(jié)能產(chǎn)品前后的抽油井分別進(jìn)行能耗測(cè)試（機(jī)采系統(tǒng)效率測(cè)試）[1]，并依據(jù)SY/T 6422-2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測(cè)定》進(jìn)行節(jié)電率計(jì)算[2]。具體內(nèi)容包括測(cè)試機(jī)械采油井輸入功率P1和抽油機(jī)有效功率P2,并通過(guò)噸液百米單耗這一數(shù)值來(lái)計(jì)算應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品前后的變化率即為節(jié)電率。

3 “一拖多”節(jié)能效果測(cè)試中存在的問(wèn)題分析

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)慶油田第三采油廠(chǎng)1個(gè)井組7口油井安裝“一拖多”前后數(shù)據(jù)對(duì)比分析，得出的有功節(jié)電率、無(wú)功節(jié)電率及綜合節(jié)電率基本為負(fù)，這一結(jié)果與預(yù)期相反。對(duì)于出現(xiàn)的問(wèn)題，技術(shù)人員從幾個(gè)方面尋找原因:

（1）對(duì)異常情況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)井組所屬油井無(wú)較大異動(dòng)，屬于測(cè)試正常范圍，符合要求。

圖1 “一拖多”轉(zhuǎn)子變頻能量回饋調(diào)速系統(tǒng)原理圖

（2）對(duì)安裝“一拖多”之后的工況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用“一拖多”后，系統(tǒng)運(yùn)行正常，無(wú)故障發(fā)生，符合要求。

（3）對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程規(guī)范，數(shù)據(jù)采集有效，符合要求。

（4）對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行電參數(shù)測(cè)試時(shí)，測(cè)試點(diǎn)為單井電機(jī)配電柜進(jìn)線(xiàn)端，但7口抽油機(jī)電機(jī)的輸入功率之和大于井組總進(jìn)線(xiàn)輸入功率，即測(cè)試值與實(shí)際耗電量不相符。

通過(guò)“一拖多”具有一套逆變單元控制多臺(tái)電機(jī)并回饋電能給電網(wǎng)的節(jié)電原理分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中對(duì)各種問(wèn)題的剖析，可以確定井組總線(xiàn)上有一個(gè)回饋電量，這是之前測(cè)試中未考慮到的，說(shuō)明在單井電機(jī)配電柜進(jìn)線(xiàn)端進(jìn)行電參數(shù)測(cè)試的方法不適用于“一拖多”裝置的節(jié)電效果測(cè)試分析。

4 “一拖多”節(jié)能效果測(cè)試方法研究

結(jié)合“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻裝置在井組總線(xiàn)上有一個(gè)回饋電量的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試可以同時(shí)測(cè)試井組與單井，也就是在單井機(jī)采系統(tǒng)效率測(cè)試的基礎(chǔ)上，將井組模擬為一個(gè)整合的機(jī)采系統(tǒng)，加測(cè)井組的總能耗，以井組為基準(zhǔn)進(jìn)行能耗分析。

4.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法

（1）電參數(shù)的測(cè)試。抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率及“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻裝置的節(jié)電效果與電參數(shù)關(guān)系很大，為了避免偏差，將電參數(shù)的測(cè)試點(diǎn)安排在井組變壓器井組總線(xiàn)進(jìn)口上，這種方法可稱(chēng)為井組法。井組法主要測(cè)試井組總線(xiàn)上電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視功率、功率因數(shù)。電參數(shù)測(cè)試中需關(guān)閉非抽油機(jī)電機(jī)用電負(fù)載，如不能關(guān)閉，必須將此塊電量單獨(dú)計(jì)量并予以剔除。

此方法的測(cè)試依據(jù)是：“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻裝置的電能回饋是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的，即電能最終回饋到系統(tǒng)總線(xiàn)上，且生產(chǎn)單位需要交納電費(fèi)的電量也是在總線(xiàn)上計(jì)量的，因此，將井組電參數(shù)的測(cè)點(diǎn)放在系統(tǒng)總線(xiàn)上符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。

（2）其他參數(shù)的測(cè)試。除電參數(shù)外，其它生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集與單井測(cè)試相同。

4.2 節(jié)能效果計(jì)算方法

4.2.1 井組輸入功率

井組輸入功率P1JZ由“電能質(zhì)量分析儀”或“抽油機(jī)系統(tǒng)效率測(cè)試儀”讀出，在井場(chǎng)變壓器井組總進(jìn)線(xiàn)處測(cè)取。

4.2.2 井組有效功率

式中P2JZ—井組有效功率，kW;

P2i—單井有效功率，kW;

g—重力加速度，m/s2;

ρi—單井液體密度，t/m3;

qi—單井油井產(chǎn)液量，m3/d；

Hi—單井有效揚(yáng)程，m。

4.2.3 井組系統(tǒng)效率

式中 η—井組系統(tǒng)效率，%。

4.2.4 井組有功節(jié)電率

式中

ξJZY—井組有功節(jié)電率，%；

W1JZ—井組應(yīng)用“一拖多”前噸液百米提升高度有功耗電量，kW·h/(102m·t)；

W2JZ—井組應(yīng)用“一拖多”后噸液百米提升高度有功耗電量，kW·h/(102m·t)。

井組應(yīng)用“一拖多”前后噸液百米提升高度有功耗電量的計(jì)算如下：

式中W—井組的有功耗電量，kW·h。

4.2.5 井組無(wú)功節(jié)電率

式中 ξJZW—井組無(wú)功節(jié)電率，%；

Q1JZ—井組應(yīng)用“一拖多”前噸液百米提升高度無(wú)功耗電量，kvar·h/(102m·t)；

Q2JZ—井組應(yīng)用“一拖多”后噸液百米提升高度無(wú)功耗電量，kvar·h/(102m·t)。

井組應(yīng)用“一拖多”前后噸液百米提升高度無(wú)功耗電量的計(jì)算如下：

式中QJZ—無(wú)功耗電量，kvar·h；

Q—井組無(wú)耗電量，kvar·h。

4.2.6 井組綜合節(jié)電率

式中Kq—無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，kW/kvar·h

ξJZ—井組綜合節(jié)電率，%。

4.3節(jié)能效果測(cè)試方法影響試驗(yàn)

為了比較“一拖多”節(jié)能效果測(cè)試方法與傳統(tǒng)方法在測(cè)試中存在的差異，選取長(zhǎng)慶超低滲透油藏第二項(xiàng)目部3個(gè)使用RZP-CY01NB型“一托多”轉(zhuǎn)子變頻能量回饋調(diào)速系統(tǒng)的井組進(jìn)行測(cè)試方法影響試驗(yàn)(表1)。

對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較得出，在使用 “一拖多”裝置后，因井組測(cè)試和單井測(cè)試在電參數(shù)方面的差距較大，導(dǎo)致系統(tǒng)效率也有變化。3個(gè)井組的數(shù)據(jù)中，具體表現(xiàn)為：有功功率平均下降了1.49kW，降低程度達(dá)到14.86%；無(wú)功功率平均下降了8.28kvar，降低程度達(dá)到71.26%；功率因素平均提高了0.26，提升程度達(dá)到42.22%；系統(tǒng)效率提高了1.59%，提升程度達(dá)到17.55%，測(cè)試結(jié)果與“一拖多”節(jié)能原理相一致。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表

5 結(jié) 論

相比傳統(tǒng)的單井測(cè)試方法，采用井組測(cè)試的方法后，有功功率、無(wú)功功率普遍有所降低，功率因數(shù)、系統(tǒng)效率得到較大提升，尤其是在無(wú)功功率和功率因數(shù)上變化較大,變化的值就是井組測(cè)試方法對(duì)單井測(cè)試方法產(chǎn)生的偏差的修正值。因此，井組測(cè)試法符合“一拖多”節(jié)能原理設(shè)計(jì)，是一種科學(xué)評(píng)價(jià)抽油機(jī)“一拖多”技術(shù)節(jié)能效果的測(cè)試方法。

[1]SY/T 5264-2006油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法[S].

[2]SY/T 6422-2008石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測(cè)定[S].

Through the analysis on the problems existing in the test for the energy-saving effect of one-driven-several converter technique of well pumping unit,and combined with the energy-saving principle of one-driven-several type,the comparison is carried out between well group test and single well test so as to determine the scientific validity of energy-saving effects.Then it is concluded from the above study that well group test is adaptable to the testing method of one-driven-several converter principle.

well pumping unit;“one-driven-several”;energy-saving effect

王海軍(1981-),男,現(xiàn)主要從事油氣田節(jié)能監(jiān)測(cè)工作。

2012-03-18▎