機采系統節電技術適應性分析

陳津剛 向軍 鄧秀珍

（大港油田公司 天津 300280）

1 問題的提出

目前，大港油田大部分區塊已進入開發后期，資源接替不足，含水上升，綜合含水率已達90%以上。根據大港油田公司油氣生產建設規劃，“十二五”期間，生產井數量、產液量、注水量均逐年增加，年均增幅均將高于同期原油產量增幅，將使天然氣、原油和電力消耗總量上升，為此只有采取技術改造、加強生產運行管理等措施，才有可能控制能耗和單耗增幅。

2 機采系統用電設備現狀及問題

大港油田主要用能設備中涉及淘汰型需要更新改造設備主要是拖動電機，高耗能設備主要集中在抽油機、電泵井等設備。

2.1 拖動電機

近年來，大港油田各個系統電機經歷了持續的更新改造，尤其是機采系統，針對數量眾多的抽油機拖動裝置，先后應用了雙速、永磁同步、高轉差等節能電機，相比較Y系列普通電機而言，其運行效率、運行功率因數等均有了明顯提高，節電效果明顯。

2.2 抽油機

大港油田目前應用最多的是游梁式抽油機，其中，常規游梁式還有很多，這部分抽油機應用較早，往往運行時間長，老化問題嚴重，而且結構性能較落后，整體能耗高。此外，隨著大港油田逐步進入開發后期，長沖程、低沖次的機采方式具有良好的適應性和優勢，而此類設備其結構特點，制約了參數調整需要。

2.3 采油電泵

電泵井具有排量大，揚程高的特點，且在大斜度井和水平井中具有不可替代的優勢。但存在的主要問題是產液≤70m3/d的電泵機組仍占總數的23%，其裝備的電機平均功率為50.8kw，功率偏大，負荷率低，“大馬拉小車”的情況比較突出，不僅影響了電機的性能，而且造成了能源上的浪費。

3 近些年采用主要節能技術

近年來，大港油田機采系統推廣應用永磁電機514臺，超高轉差率電機372臺，雙功率電機342臺，1.14 kV防盜變壓器/電機355套，抽油機變頻裝置380套，復式永磁電機抽油機14臺，往復式潛油電泵11臺。

3.1 拖動電機節能技術

3.1.1 高轉差電機

高轉差電機結構與普通的籠型感應電動機幾乎完全一樣，只是高轉差電機的轉子導條采用電阻率較大的鋁合金材料做成，因此轉子電阻較一般異步電機大，其機械特性與異步電動機有明顯區別。

3.1.2 開關磁阻電機

開關磁阻電動機（SRM）是定子、轉子雙凸極可變磁阻電動機。定子、轉子均由硅鋼片疊壓而成，其突出的優點是定子上只有幾個集中繞組，轉子上無任何形式的繞組，機械效率高，結構簡單，調速性能好。具有系統效率高、調速范圍寬、高啟動轉矩，低啟動電流、過載能力強等優點。

3.1.3 永磁電動機

永磁電動機既具有交流電動機的無電刷結構、運行可靠等優點,又具有直流電動機的調速性能好的優點,且無需勵磁繞組。按其驅動系統可以分為無刷直流電動機和永磁同步電動機。無刷直流電動機具有轉矩大、功率密度高、位置檢測和控制方法簡單的優點,但是由于換相電流很難達到理想狀態,因此會造成轉矩脈動、振動噪聲等問題，因而在抽油機應用還處于試驗階段，應用較少。

稀土永磁同步電機與異步電機同樣由定子與轉子組成，不同的是在轉子鼠籠條內嵌入了稀土永磁鋼，使勵磁由原來依靠定子邊勵磁變為由轉子邊稀土永磁鋼勵磁，變異步電機為同步電機。因此,定子邊勵磁電流大量減少,轉子邊的銅、鐵損耗亦大量減少,大幅度提高了功率因數與效率,降低了電機的溫升和配電設備的容量。

3.2 抽油機的節能改造及節能新技術

3.2.1 下偏杠鈴游梁復合平衡抽油機

下偏杠鈴游梁復合平衡專利技術的特點是在常規抽油機游梁的尾部加裝了一個與游梁成一定角度的偏置配重，稱為下偏杠鈴。目前該型抽油機油井已在我油田普遍應用。

3.2.2 復式永磁電機抽油機

該抽油機應用了稀土永磁同步電機的技術,及永磁同步電機專用變頻控制裝置,甩掉了傳統游梁式抽油機的減速、換向等復雜的機械系統，沖次降低為1-3次，沖程可達到7米以上（在規定范圍內沖程、沖次無級可調），具有結構簡單、提效增液、易操作、免維護、高效節能等良好性能。

3.2.3 低速大扭矩永磁電機曳引式抽油機

該抽油機從原理上與復式永磁抽油機相同，但結構上將提引器和配重改為了動滑輪，從而電機配置上功率更小，是適用于超大載荷、長沖程、低沖次、自動化、智能化、節能、高適應性的無游梁式抽油機。

3.3 井筒舉升節能技術

3.3.1小功率電泵電機節能技術

針對電泵機組能耗高的問題，為使電機的額定負載能力充分利用，減少功率損耗，通過對電泵葉輪加工技術的改進，降低用電功率。技術改進使單片葉輪的揚程由5m提高到6.3m，在滿足揚程要求的前提下，具有單節潛油電機長度縮短、配套電機功率減小、電機外徑縮小等優點。同時小功率電機的額定電流較低，電機運行電流低，電纜電流也隨之下降。

3.3.2 無桿往復式直線電機采油技術

無桿往復式直線電機采油技術的采油方式類似于電泵，主要設備在井下，直流驅動，是將直線電機置以井筒內，直線電機動子與上部柱塞抽油泵的推桿連接，利用電纜傳輸電能給直線電機，電機動子直接驅動柱塞式抽油泵，上下往復完成舉升運動，改變了抽油機在地面抽吸油液采油方式，采用直線電機作為主要驅動設備，效率高于電泵井的離心泵。

4 機采系統節電技術對比分析

4.1 拖動電機

4.1.1 高轉差電機和永磁同步電機

（1）應用情況：

我們對油田超高轉差電機和永磁同步電機運行情況進行了測試，測試結果表明，起動性能方面，超高轉差電機的起動性能最優，節能性方面永磁同步電機要優于超高轉差電機，機械特性方面，超高轉差電機機械性能軟，能夠根據負載的大小調節轉速，對減少油井慣性負荷和振動負荷有利。

（2）技術對比：見表4-1。

表4 -1超高轉差電機與永磁同步電機綜合對比分析

4.1.2 開關磁阻電機

目前應用的開關磁阻電機運行穩定，均可實現遠程無級調速。節能檢測評價的測試數據與變頻器控制的電機數據也進行了對比分析，在一定沖次范圍內，開關磁阻電機極其調速系統節能性要優于變頻系統；在不需要低速運轉的抽油機中，開關磁阻電機節電不明顯或不節能，而在速度要求非常低的范圍內，變頻器節能性反而具備一定優勢。

4.2 節能抽油機

4.2.1 應用情況

下偏杠鈴游梁復合平衡抽油機：節能檢測評價中心對120臺蘭州12型老式游梁抽油機進行下偏杠鈴技術改造前后的測試結果表明，平均節電率在10%以上。

復式永磁電機抽油機：大港油田共試驗應用了復式永磁電機抽油機14臺，經檢測，在液量不變的情況下，平均節電25%。

低速大扭矩曳引式抽油機：近年來共試驗8口井，從已測得的試驗效果看，綜合節電率最高為40.9%，最低為6.81%，平均節電率為27.88%。

4.2.2 技術對比

表4 -2節能抽油機對比分析

4.3 井筒舉升節能技術

4.3.1 應用情況

小功率電泵電機節能技術：現場試驗了15口井，產液單耗從15.76 KWH/M3下降到 14.1 KWH/M3，下降 1.66 KW.H/M3，日耗電從19371KWH下降到17343KWH，下降2028KWH，系統效率由28.08%升至32.89%，提高4.81%。

無桿往復式直線電機采油技術：大港油田在采油三廠、采油一廠先后開展了先導試驗，其中官72-50運行1年多，效果良好;紅16-43井試驗后，液面恢復（流壓由0.76MP恢復到1.42MPa），也顯示了較好應用前景。

4.3.2 技術對比：見表4-3。

表4 -3井筒舉升節能技術對比分析

5 結論

通過以上技術分析，可得出以下結論：

(1)高轉差電機和永磁同步電機兩種節能電機的對比表明，并不存在哪種電機更優的問題，應根據不同負載情況選擇合適的電機；開關磁阻電機調速范圍廣，適用于稠油井和低液量油井的降速運行。

(2)對游梁抽油機進行下偏杠鈴改造或者在改造的同時進行增程技術改造，投入低，見效快，適用于老式游梁式抽油機的節能改造；復式永磁電機抽油機投入大、回收期較長，但節電效果顯著，適用于替代使用20年以上的即將接近使用壽命的抽油機；低速大扭矩曳引式抽油機相比復式永磁電機抽油機節電效果要更好一些，但試驗周期較短，可靠性有待于進一步驗證。

(3)小功率電泵電機節能技術和無桿往復式直線電機采油技術節電效果好，但無桿往復式直線電機采油技術其可靠性有待于進一步驗證。