抽油機功率曲線的生產應用

曹玉林 李曉涵 陳曉賀 馮成寶 陳俊聰 侯兆鋒

1大慶油田采油五廠2浙江大學理學院3大慶恒通電子有限公司

抽油機功率曲線的生產應用

曹玉林1李曉涵1陳曉賀1馮成寶2陳俊聰1侯兆鋒3

1大慶油田采油五廠2浙江大學理學院3大慶恒通電子有限公司

通過功率曲線的測試，實現了對交變載荷設備運行狀況的認識由模糊變得清晰，可以廣泛用于交變載荷設備運行的測試、分析和調整。合理匹配裝機功率可大幅降低無功消耗，可根據電機效率與負載利用率關系曲線以及抽油機有功功率曲線，指導抽油機平衡調整和評價平衡調整。檢測抽油機運行狀態，進行綜合調整有助于提高抽油機井機械能轉換效率。運用功率曲線，可檢查抽油機維修質量，確定抽油機的適用性，并快速評價電機質量的優劣。

功率曲線；抽油機井；裝機功率；平衡調整

通過功率曲線的測試，實現了對交變載荷設備運行狀況的認識由模糊變得清晰，可以廣泛用于交變載荷設備運行的測試、分析和調整。如何讓功率曲線測試變得快速、簡捷，使功率曲線得以廣泛運用，是多年來困擾現場應用的主要問題。應用大慶恒通電子有限公司生產的HTP便攜式能效分析儀及其系列儀器，使這一問題得到解決。

1 合理匹配裝機功率

以CYJ10—3.0—37HB型抽油機為例，從功率曲線可以看，最大功率接近了25 kW，而依據峰值匹配電機，應選用30 kW或更大電機。但該井正常生產時，達到峰值時的功率僅在瞬間出現，絕大部分時間電機輸出功率在18.5 kW以下，因此可以匹配18.5 kW電機。現場將37 kW電機更換為18.5 kW電機后，一直正常運行，無功消耗大幅下降。調整前后功率因數曲線見圖1、圖2，數據對比見表1。

圖1 裝機功率調整前功率因數曲線

圖2 裝機功率調整后功率因數曲線

表1 調整裝機功率前后數據對比

2 抽油機平衡調整和評價

傳統的抽油機節能方法是通過抽油機上、下沖程最大電流平衡調整，降低裝機功率和無功消耗，提高電機工作效率來實現抽油機節能。

圖3為電機效率與負載利用率關系曲線，圖4為抽油機有功功率曲線。從圖3和圖4可以看出，通過調整抽油機上、下沖程最大電流（功率）平衡，能夠降低電機運行的最大電流（功率），從而降低裝機功率和空載功率，提高工作效率，達到節能的目的。

圖3 負載利用率與效率關系曲線

圖4 有功功率曲線

3 抽油機運行狀態檢測與調整

3.1 上沖程做負功

當d Amu=（Wr′+WL′）×ΔS-mgL sinφdφ＜0（180°≥φ≥0°）時，電機做負功。上沖程出現負功的實質是，平衡塊在向下運動過程中，在一定角度范圍內，平衡塊釋放的能量大于舉升抽油桿及液柱所需要的能量，導致電機被動轉動，向線路輸出電能。其現象有平衡偏置角超前和舉升載荷減小兩種情況。

（1）偏置角超前。例如某井在上沖程開始時曲柄方向釋放的能量大于舉升桿柱、液柱需要的能量，而帶動電機做負功。通過調整平衡偏置角后，機械能轉換效率達到100%，負功消失，有功能耗下降。調整前后有功功率曲線見圖5、圖6，偏置角超前調整前后效果對比見表2。

圖5 偏置角超前調整前有功功率曲線

圖6 偏置角超前調整后有功功率曲線

表2 偏置角超前調整前后效果對比

（2）舉升載荷變小。舉升載荷變小有兩種情況：一種是注水受效或泵管漏失造成動液面升高，有效舉升高度變小；另一種是抽油桿斷脫。針對這兩種情況，采取調參檢泵等措施即可解決。

3.2 下沖程做負功

當d Amu=mgL sinφdφ-ΔS＜0（0°≤φ≤180°）時，電機做負功，可分為兩種情況：

（1）平衡偏置角滯后。例如某井在下沖程開始時載荷方向釋放的能量大于舉升曲柄、平衡塊所需要的能量，帶動電機做負功。通過調整平衡偏置角后，機械能轉換效率提高，負功基本消失，有功能耗下降。偏置角調整前后有功功率曲線見圖7、圖8，效果對比見表3。

圖7 偏置角滯后調整前有功功率曲線

圖8 偏置角滯后調整后有功功率曲線

表3 偏置角滯后調整前后效果對比

（2）油井供液能力下降。例如某井正常生產時，動液面956m，泵效50.2%，在泵況控制圖中屬于合理區，但是通過功率曲線測試發現，180°附近出現負功，見圖9。分析原因是：下沖程開始時，懸點方向未能及時卸載，懸點載荷釋放的能量大于舉升曲柄及平衡塊所需要的能量，帶動電機做負功。通過改善供采關系即可消除負功，從而達到降低有功消耗的目的，見圖10。調整前后數據對比見表4。

圖9 供采關系調整前有功功率曲線

圖10 供采關系調整后有功功率曲線

表4 供采關系調整前后數據對比

4 抽油機維修質量檢查

以某井為例，該井使用CYJY10—3.0—37HB型抽油機，抽油機減速箱損壞后，現場維修后安裝生產。通過功率曲線測試發現，此時的功率曲線基本沒有同類機型的曲線特征，其功率曲線如圖11、圖12所示。后經功圖測試，發現該井采用2.5m沖程生產，實際沖程只有1.95m；同時發現該井正反轉能耗沒有變化。分析該井減速箱不是原抽油機減速箱，且曲柄安裝與抽油機設計運行方向相反。其正反轉數據對比見表5。

圖11 反轉功率曲線

圖12 正轉功率曲線

表5 正反轉數據對比

5 抽油機的適用性檢查

現場測試過程中，某廠家生產的CYJY6—2.5—26HB型抽油機在絕大多數井上都顯示旋轉角度為180°和360°時同時存在負功，如圖13所示。該種機型共測試12口井，其中11口井存在曲線不能調整的情況。

圖13 某廠家抽油機功率曲線（目前不能調整）

同樣，對另一廠家生產的CYJY6—2.5—26HB型抽油機進行測試，在動液面正常的情況下，基本沒有出現負功現象，如圖14所示。

圖14 另一廠家抽油機功率曲線（無需調整）

通過以上曲線分析，說明通過功率曲線測試，可以對抽油機的適用性進行檢查和判斷，從而指導后續抽油機的選型和選廠。

6 電機質量的評價

通過對電機空載功率的測試，可以測得電機空載時的有功功率、無功功率等數據，從而初步判斷電機的特性。測試數據對比見表6。

表6 電機空載功率測試數據對比

通過數據分析發現，空載有功消耗高，說明電機機械加工精度低，造成電機自身有功消耗偏高，現場無法解決。而電機無功消耗偏高，說明電機自身導磁率低，磁通量漏失量大，這種情況可以通過加大配電箱補償電容進行無功補償，降低線路無功消耗來解決。

7 結語

（1）合理匹配裝機功率可大幅降低無功消耗，可根據電機效率與負載利用率關系曲線以及抽油機有功功率曲線，指導抽油機平衡調整和評價平衡調整。

（2）檢測抽油機運行狀態，進行綜合調整有助于提高抽油機井機械能轉換效率。

（3）運用功率曲線，可檢查抽油機維修質量，確定抽油機的適用性，并快速評價電機質量的優劣。

（0459）4511066、cyulin@petrochina.com.cn

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.001

曹玉林：1986年畢業于沈陽黃金專科學校，2003年畢業于大慶石油學院，現任大慶油田采油五廠太北作業區經理。