叢式井組抽油機集中控制裝置節能效果分析

周杰　劉凱敏　楊琪　張慶豐　李葉鵬　李瑞芳

摘 要：通過對叢式井組抽油機進行節能改造，提高井組抽油機井配電質量、提高抽油機系統效率，從而降低抽油機地面能耗，使井組達到集中控制綜合節能的目的，為優化油井工作參數、提高系統效率提供了技術保障。

關鍵詞：節能；叢式井組；效果分析；效益

前言：油田生產的主要動力都消耗在電能上，抽油機又是油田生產的耗電大戶，由于低滲透油藏的特點，大部分抽油機效率很低，造成了十分嚴重的能源浪費。因此需要高功效、高節能的抽油輔助設備，減少電能在抽油機上的浪費，提高抽油機工作效率。針對抽油機運載時效率低，功率因數低等問題，長慶環江油田、西峰油田通過在叢式井組安裝抽油機集中控制節能裝置，使電動機的效率提高，實現智能調參，達到了節能降耗、實現成本控制的目的。

一、叢式井組抽油機集中控制裝置

（一）結構和技術規格

CQ-YQY型叢式井組抽油機集中控制節能裝置設計采用一個柜體內裝多臺全矢量控制變頻器，組成一個可分別控制多臺抽油機啟動、停止、無級調系統，可替代原有井場多臺抽油機配電控制箱。叢式井組抽油機集中控制節能裝技術規格見表1。

（二）工作原理

CQ-YQY型叢式井組抽油機集中控制節能裝置，針對長慶“三低”油田叢式井組開發的特點，集成應用了共直流母線、無級變頻調參、軟啟動、動態功率因數補償、動態調功五項節能技術，實現對油井生產參數的優化，大幅度降低抽油機運行時的無功損耗、減少抽油機啟動過程中的機械沖擊、提高電機的功率因數、提高電網的經濟運行效率，客觀上起到了電網“增容”的效果。

（三）叢式井組抽油機集中控制裝置特點[1]

1）共直流母線技術。抽油機屬位能性負載，在一個沖程周期運動中，過程中的某一段時間內一定會出現電動機處于再生制動工作狀態（發電狀態），尤其當配重不平衡時，在抽油機工作的沖程周期中，電動機的再生制動工作狀態尤為嚴重，以往這些發出來的電能用在電動機的發熱上及線損上，或是通過電阻發熱或回饋電網而白白浪費掉了，無法加以利用。針對這種情況采用共直流母線技術將多臺抽油機的控制變頻器共用一臺整流器，將其直流母線并聯在一起，可實現抽油機在下沖程運行時，將所發電能貯存在變頻器電容中，以供給其它抽油機使用。

2）無級變頻調參技術。應用無級變頻調參技術實現抽油機上沖程快，降低了泵的漏失，下沖程慢，提高了泵的充滿度，從而提高泵效，可根據油井的實際供液能力，動態調整抽油速度，達到提高泵效、節能降耗目的。

3）軟啟動控制技術。抽油機工頻運行時，電動機全壓啟動，啟動電流是額定電流的3～7倍，這勢必會對電動機和供電電網造成嚴重的沖擊，導致對電網容量要求過高，而且啟動時對設備產生的大電流和震動對設備運行極為不利，直接影響設備的使用壽命。應用全矢量控制型變頻器的低頻轉矩提升技術，使頻率從零開始逐漸增大到50 H z，而轉矩保持在電動機啟動轉矩的150%。啟動電流低于額定電流，這樣不但減少了電動機啟動對電網的沖擊更重要的是減輕了電網及變壓器的負擔，降低了線損。

4）動態功率因數補償技術。動態功率因數補償技術根據電動機的運行狀態來改變輸出，將所有電能都用來做有用功，使無功功率趨近于零，抽油機啟動輸入功率大大降低，匹配電動機額定功率可降低一檔。功率因數從工頻運行時的0.4左右，提高到變頻運行的0.9以上，減少了線損，降低了電網及變壓器的負荷，可挖掘出大量的電網“擴容”潛力。

5）動態調功技術。根據電動機負載電流的變化，自動改變加在電動機上的端電壓。即負載輕、電流小，加在電動機上的端電壓就小，電動機功率就小。達到根據油井負載變化，動態調整電動機功率。

二、應用效果分析

對環江油田羅38-8、西峰油田桐299-18兩個區塊（低滲透油層）的兩個叢式井組使用抽油機集中控制節能裝置前后效果進行對比測試（表2），發現使用抽油機集中控制節能裝置之前系統效率平均提高1.67%，有功節電率平均為15.23%。

三、經濟效益分析

通過對比測試，使用抽油機集中控制節能裝置較之前節電效果顯著。

1）直接經濟效益。安裝該節能裝置后，單井日節電14kW·

h，每年按350d計算，單井年累計節電0.49×104kW·h，折合標煤1.64t。每度電按0.7元計算，則單井年節約費用3430元。

2）社會效益。實現抽油機的數字化智能控制，提高了管理水平和生產效率，適應長慶油田有質量有效益可持續發展建設的需求。

四、結束語

環江油田和西峰油田應用抽油機集中控制節能裝置，有效地解決了低滲透油田油井設備負載率低、能耗高的問題。該技術的應用提高了抽油機系統效率和電機的有功功率，實現了節能、增效、智能調參的目的。

參考文獻：

[1] 劉一山 等.叢式井組抽油機智能調參節能技術研究與應用[J].石油石化節能，2012，（11）：1-2.