WCYJW型節(jié)能抽油機(jī)應(yīng)用與評(píng)價(jià)

劉長(zhǎng)松，董順永，魏世舉，廖大林

（1.中原油田分公司，河南濮陽(yáng)457001；2.河南信宇石油機(jī)械制造股份有限公司，河南濮陽(yáng)457006）①

WCYJW型節(jié)能抽油機(jī)應(yīng)用與評(píng)價(jià)

劉長(zhǎng)松1，董順永1，魏世舉1，廖大林2

（1.中原油田分公司，河南濮陽(yáng)457001；2.河南信宇石油機(jī)械制造股份有限公司，河南濮陽(yáng)457006）①

節(jié)能與安全是抽油機(jī)應(yīng)用與管理的主題。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，中原油田近年來(lái)開(kāi)展新型節(jié)能抽油機(jī)的試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)節(jié)能抽油機(jī)的特點(diǎn)優(yōu)選示范區(qū)，開(kāi)展了新型節(jié)能抽油機(jī)示范區(qū)建設(shè)工作，通過(guò)小規(guī)模應(yīng)用，評(píng)價(jià)新型節(jié)能抽油機(jī)的應(yīng)用效果。對(duì)WCYJW型節(jié)能抽油機(jī)結(jié)構(gòu)及節(jié)能原理、性能特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，通過(guò)電表計(jì)量與節(jié)能監(jiān)測(cè)2種評(píng)價(jià)方法，對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行了整體評(píng)價(jià)。

抽油機(jī)；節(jié)能；原理；示范區(qū)；效果評(píng)價(jià)

抽油機(jī)有桿泵采油方式是目前油田占主導(dǎo)的采油方式，游梁式抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的特點(diǎn)，但存在平衡效果差、效率較低的不足［1］。立足于同時(shí)解決設(shè)備老化與降低能耗2個(gè)問(wèn)題，開(kāi)展了對(duì)節(jié)能型抽油機(jī)的應(yīng)用，2012年開(kāi)展了新型節(jié)能抽油機(jī)示范區(qū)建設(shè)與評(píng)價(jià)工作。本文對(duì)WCYJW型節(jié)能抽油機(jī)的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，對(duì)機(jī)械采油井經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行了分析，為推廣應(yīng)用提供佐證與建議。

1 結(jié)構(gòu)原理及性能特點(diǎn)

1.1 主要結(jié)構(gòu)［2］

WCYJW型抽油機(jī)主要由機(jī)架、動(dòng)力系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、配重平衡系統(tǒng)、安全制動(dòng)系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)等組成，如圖1。

圖1 WCYJW型節(jié)能抽油機(jī)結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理［3-4］

以機(jī)架為載體，采用外轉(zhuǎn)子稀土永磁同步電機(jī)為動(dòng)力，由變頻控制器提供變頻后的低頻電流供給外轉(zhuǎn)子稀土永磁同步電機(jī)，實(shí)施運(yùn)行控制和換向控制。電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)安裝在電機(jī)兩側(cè)的曳引輪，鋼絲繩從電機(jī)的曳引輪上繞過(guò)，前端通過(guò)導(dǎo)輪、動(dòng)滑輪與懸點(diǎn)載荷連接，后端與動(dòng)滑輪平衡塊連接。電機(jī)得電后帶動(dòng)外轉(zhuǎn)子及曳引輪一起運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)鋼絲繩及懸點(diǎn)載荷、平衡塊上下相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)平衡塊到達(dá)上止點(diǎn)或下止點(diǎn)時(shí)，與固定的位置傳感器相接觸，傳感器便將轉(zhuǎn)向信號(hào)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，控制系統(tǒng)迅即發(fā)出減速、停車、反向送電的指令，使電機(jī)減速、停車，反向運(yùn)轉(zhuǎn)。如此循環(huán)，抽油機(jī)便帶動(dòng)抽油桿、抽油泵抽汲原油。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)安裝在外轉(zhuǎn)子電機(jī)軸端的速度傳感器隨時(shí)采集電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，當(dāng)速度超出或低于規(guī)定速度時(shí)，便及時(shí)通過(guò)變頻器控制頻率的增減，使電機(jī)始終在允許范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.3 主要性能特點(diǎn)

1） 具有低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩、低耗能特點(diǎn)，性能指標(biāo)符合SY／T6729—2008標(biāo)準(zhǔn)。節(jié)電率達(dá)30%，電機(jī)功率因數(shù)提高24.3%，系統(tǒng)效率提高10%以上。

2） 噪聲低于54 dBA，比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的87 dBA低33 dBA；無(wú)機(jī)油泄漏現(xiàn)象，達(dá)到環(huán)保要求。

3） 控制自動(dòng)化。采用數(shù)字化、智能化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)沖程、沖次無(wú)級(jí)可調(diào)；可實(shí)現(xiàn)超載、欠載、斷相、短路保護(hù)，具有無(wú)線集中控制接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。

4） 采用長(zhǎng)沖程、低沖次設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)檢泵周期，節(jié)約維護(hù)成本；采用天平式調(diào)平衡，直觀方便，平衡度可調(diào)至100%。

2 節(jié)能示范區(qū)優(yōu)選

節(jié)能示范區(qū)的選擇主要考慮以下3個(gè)因素，以適應(yīng)WCYJW型抽油機(jī)特點(diǎn)，滿足開(kāi)發(fā)需要前提下，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。

1） 地面參數(shù)調(diào)整后能滿足產(chǎn)液需求。示范區(qū)塊受構(gòu)造及儲(chǔ)層物性影響，注水見(jiàn)效難度大，平均產(chǎn)液量9.2 m3。在不實(shí)施作業(yè)配套長(zhǎng)泵情況下，地面沖程在5 m左右，抽油機(jī)井沖次3 min－1以下，理論排量能滿足區(qū)塊單井產(chǎn)液量需求。

2） 地面參數(shù)有進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化潛力。示范區(qū)平均泵掛1 861 m，平均泵徑39.8 mm，沖程4.2 m，沖次3.7 min－1，理論排量28 m3，平均泵效僅32.8%，有沖程上調(diào)、沖次下調(diào)的較大優(yōu)化空間。

3） 機(jī)采經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)有較大提升潛力。原區(qū)塊產(chǎn)能低，“大馬拉小車”現(xiàn)象突出，電機(jī)功率45 k W，實(shí)際有功功率7.93 k W，動(dòng)力裝置利用率僅17.6%。

3 配套措施

1） 由于WCYJW型節(jié)能抽油機(jī)具有長(zhǎng)沖程、低沖次的性能特點(diǎn)，故抽油泵需選用加長(zhǎng)抽油泵。

2） 由于塔架抽油機(jī)占地面積小，對(duì)地面的壓力增加，故需對(duì)抽油機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行強(qiáng)化、硬化處理。

3） 光桿長(zhǎng)度加長(zhǎng)，采用11 m加長(zhǎng)光桿。

4 測(cè)試方法

測(cè)試依據(jù)SY／T5264—2006《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法》，SY／T6422—1999《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測(cè)定》，SY／T6275《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》。主要檢測(cè)設(shè)備：SF-1型計(jì)算機(jī)綜合測(cè)試儀，3169型電子分析儀，F(xiàn)LCS2012型超聲波流量計(jì)。

5 評(píng)價(jià)方法與效果

中原油田采油五廠示范區(qū)共安裝WCYJW型抽油機(jī)10臺(tái)，更換14型游梁抽油機(jī)7臺(tái)，10型抽油機(jī)3臺(tái)。

5.1 評(píng)價(jià)方法

1） 電量計(jì)量評(píng)價(jià)。對(duì)示范區(qū)配套節(jié)能型抽油機(jī)井安裝電表實(shí)施單井計(jì)量。

2） 節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。按照相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)系統(tǒng)效率、井下效率等11項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

5.2 生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)對(duì)比

1） 工作制度 按供排協(xié)調(diào)，向“長(zhǎng)沖程、低沖次”優(yōu)化，沖程增加0.62 m，沖次下降1.1 min－1。

2） 油井產(chǎn)量 平均液量、油量基本保持不變。對(duì)比如表1。

表1 工作制度與產(chǎn)量變化

5.3 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)

根據(jù)節(jié)能測(cè)試，機(jī)采井經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)如表2。

1） 排量系數(shù)由0.34提高到0.41，提高0.07。

2） 功率因數(shù)由0.44提高到0.85，提高了0.41。

3） 系統(tǒng)效率由20.6%提高到28.3%，提高7.7%。

表2 節(jié)能監(jiān)測(cè)主要數(shù)據(jù)

5.4 節(jié)電效果

1） 電量計(jì)量方法。平均單井電量由安裝前的187 k W·h減少至調(diào)試完成后的133 k W·h（如圖2），單井日耗電量下降53.9 k W·h，節(jié)電率28.8%，噸液?jiǎn)魏南陆?.6 k W·h。比較其中7口14型抽油機(jī)井，平均單井日節(jié)電78.1 k W·h，節(jié)電率37.5%，噸液?jiǎn)魏南陆?.7 k W·h。

圖2 安裝前后平均單井計(jì)量電量變化

2） 節(jié)能監(jiān)測(cè)方法。根據(jù)節(jié)能監(jiān)測(cè)，按有功功率計(jì)算電量，平均單井日節(jié)電63.8 k W·h，節(jié)電率33%。

以上2種方法存在差異的主要原因是節(jié)能監(jiān)測(cè)計(jì)算電量中未考慮無(wú)功電量。

6 結(jié)論

1） 全新設(shè)計(jì)的節(jié)能抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能降耗。稀土永磁電機(jī)采用永磁體勵(lì)磁，顯著提高功率因數(shù)［5］；并以外轉(zhuǎn)子作牽引輪，簡(jiǎn)化傳動(dòng)環(huán)節(jié)；塔式結(jié)構(gòu)配套動(dòng)滑輪降低載荷50%，電機(jī)功率大幅下調(diào)，功率配備下降51.2%，電機(jī)功率利用率提高；塔架增高，不受限制，允許更大沖程空間，為長(zhǎng)沖程、低沖次工作制度提供條件。

2） 新設(shè)計(jì)提供便利的現(xiàn)場(chǎng)操作條件。自動(dòng)化變頻配套設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整沖次、沖程更加方便；配重箱式設(shè)計(jì)調(diào)整平衡更加迅捷；簡(jiǎn)化的傳動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)無(wú)減速機(jī)照樣運(yùn)行，徹底解決減速機(jī)漏油污染環(huán)境的老大難問(wèn)題。

3） 節(jié)能抽油機(jī)的應(yīng)用是一項(xiàng)系統(tǒng)工作。由于節(jié)能抽油機(jī)的全新設(shè)計(jì)，需要從安裝標(biāo)準(zhǔn)、巡檢保養(yǎng)規(guī)范、日常操作規(guī)范、職工培訓(xùn)等各方面進(jìn)行相應(yīng)的管理配套；技術(shù)上需完善長(zhǎng)沖程抽油泵配套（防砂泵、抽稠泵等），發(fā)揮其最大效能。單井設(shè)計(jì)上進(jìn)行全新考慮，形成有異于常規(guī)、符合其特點(diǎn)的電機(jī)功率、載荷設(shè)計(jì)校核程序。

［1］ 萬(wàn)仁溥.采油工程手冊(cè)［K］.北京：石油工業(yè)出版社，2000.

［2］ 廖大林，杜振宇，湛世航，等.外轉(zhuǎn)子電機(jī)抽油機(jī)，中國(guó)：CN200810083337.8［P］.2012-08-22.

［3］ 廖大林，楊進(jìn)京，白億平，等，W型曳引抽油機(jī)技術(shù)研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2010，39（7）：73-77.

［4］ 廖大林.W型曳引抽油機(jī)的設(shè)計(jì)分析［J］，石油礦場(chǎng)機(jī)械，2009，39（9），42-45.

［5］ 唐任遠(yuǎn)，安忠良，赫榮富.高效永磁電動(dòng)機(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.電氣技術(shù)，2008，23（9）：1-6.

Application and Assessment of WCYJW Energy Conservation Pumping Unit

Energy conservation and safety are the key subjects of pumping unit application and the management，to realize the energy conservation to fall consumes，the experiment of new energy conservation pumping unit was carried on in recent years.Based on this，the optimization and construction of first demonstration plot have been finished according to the conserved energy pumping unit＇s characteristic in order to assess the effect through the small scale application.The main structure and the energy conservation principle and the performance characteristic of the new energy conservation pumping unit are introduced.The whole effect of the demonstration plot through two assessment methods is appraised，including the electric instrument measurement and the energy conservation testing.

pumping unit；energy conservation；principle；demonstration plot；effect appraisal

TE933.1

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.11.026

1001-3482（2014）11-0099-03

2014-05-19

國(guó)家發(fā)改委資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)項(xiàng)目”外轉(zhuǎn)子電機(jī)抽油機(jī)”（發(fā)改辦環(huán)資［2011］1322號(hào)）

專利項(xiàng)目：國(guó)家發(fā)明專利“外轉(zhuǎn)子電機(jī)抽油機(jī)”（CN200810083337.8）

劉長(zhǎng)松（1970-），男，山東萊陽(yáng)人，教授級(jí)高級(jí)工程師，碩士研究生，現(xiàn)從事采油工程技術(shù)研究應(yīng)用工作，E-mail：Lcsdyhzpe＠sina.com。