油田電動機運行現狀及提效對策

呂亳龍　解紅軍　陳由旺　劉向陽

（1.中國石油天然氣股份有限公司規劃總院；2.中國石油長慶油田分公司）

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油田電動機運行現狀及提效對策

呂亳龍1解紅軍1陳由旺1劉向陽2

（1.中國石油天然氣股份有限公司規劃總院；2.中國石油長慶油田分公司）

電動機是油田生產環節應用最多的耗電設備，在實際運行中，由于工況變化、負載波動等原因，電動機常出現“大馬拉小車”現象，運行效率低，提高油田電動機能效水平對生產系統節能至關重要。分析電動機提效面臨的形勢和油田電動機特殊運行工況，提出淘汰新低效高耗電動機、推廣高效電動機，實施低效電動機高效再制造及電動機系統節能改造技術，加強管理、分批建設、合理備用等電動機提效措施。

電動機效率對策

1　現狀及存在問題

電動機是油田生產中應用量最大的耗能設備，其應用范圍廣，耗電量大，不同生產環節所需的電動機裝機容量不同。據統計，中國石油油田企業主要耗能設備驅動電動機共有20多萬臺，年總耗電量約280×108kWh，占全油田總耗電量的65%左右。油田企業主要耗電設備集中在抽油機、注水泵兩類，總裝機容量占油田所有電動機的72%。

抽油機是油田應用最多、耗電量最大的耗能設備，抽油機系統的動力來自于抽油機電動機，電動機軸上的總負荷轉矩為井下負荷扭矩和平衡機構扭矩之和，抽油機電動機系統運行效率取決于油井井下負載液量波動、抽油桿柱匹配、抽油機平衡調節、抽汲參數調整等因素，目前機采系統平均效率為24.6%，而國外油田機采系統平均效率達30.05%，油田抽油機電動機系統運行存在以下的問題：

1）“大馬拉小車”現象嚴重。抽油機井不規則周期波動負載，決定了抽油機需要選配較大啟動轉矩的驅動電動機，但抽油機正常運轉時，由于平衡裝置的作用，電動機大都處于輕載運行狀態，負載率較低，不可避免形成“大馬拉小車”現象［1］。

2）運行效率低、功率因數低。抽油機正常運行時，負載率較低且抽油機懸點載荷交變，導致電動機轉速波動，增加電動機自身損耗；另外抽油機由于不平衡狀態使電動機產生負功率，有功電能隨著負功率的吞吐變化增加了電動機和電網的損耗，導致功率因數較低。

3）低效高耗電動機仍有使用。抽油機使用數量大，且大都產建年代較早，部分電動機老化嚴重，能耗高，維護費用高，目前仍有部分電動機不能滿足GB 18613—2012《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》規定的能效等級3級要求，低效電動機的使用，導致系統運行效率低、耗電量大。

4）動平衡及抽汲參數優化不及時。我國主力油田區塊大多分布在山區、沙漠、戈壁，抽油機所處環境惡劣且露天連續作業，無法根據井下液量充滿情況及時調整抽汲參數和抽油機平衡度，并進行電動機系統維護保養，電動機系統常出現負功率，負載交變運行，損耗增加。

5）地面電動機系統匹配不合理。隨著采油周期推進，井下工況會發生較大變化，地面電動機系統無法根據采油工況變化動態調整容量及工作方式，造成系統匹配不合理，系統運行效率低。

注水泵電動機的裝機功率占油田使用電動機的比例最大，我國油田主要采用注水驅動開發方式，大部分油田地層滲透率相對較低，需要高壓大排量注水以滿足開發需求。在注水開發過程中，由于注水井堵塞、同一區塊注水壓力等級不同，隨著開發進行單井注入壓力變化大，因滾動開發注水系統面積擴大難以將泵排量和注水壓力最優匹配等原因，注入工況呈階段性變化。而注水系統是以注水泵站為中心的系統工程，難以針對注水單井或某個區域的注入情況變化而及時優化改造注水泵站運行工況。因此，產建初期，大部分注水泵站根據開發注水預測，配備滿足最大注水需求的注水泵及驅動電動機系統，以適應中長期開發需求，導致注水系統實際運行匹配不合理。另外，仍有部分注水泵電動機未實施變頻控制，注水泵工頻運行，在注水管網進行節流或打回流控制壓力和流量，造成能量浪費；部分注水泵電動機尚屬低效高耗淘汰電動機，能效等級低，運行效率和功率因數低，導致注水系統效率低。

2　電動機提效措施

油田生產中，抽油機、注水泵、壓縮機等耗能設備不可避免地面臨由于生產工況變化造成的運行不匹配問題。因此，油田電動機提效工作應著重以下幾方面：

1）淘汰低效高耗電動機。對油田在用電動機進行排查，充分應用管理手段，對納入國家工信部頒布的《高耗能落后機電設備（產品）淘汰目錄》（第一批～第三批）的低壓電動機中的J、J0、J02等及其派生系列產品、2003年（含）前生產的Y、Y2、Y3、YB、YB2系列產品予以明令淘汰。

2）推廣應用高效電動機。隨著高效電動機技術的發展和產品更新，根據實際工況選擇合適的高效電動機，如抽油機應用稀土永磁同步電動機、變頻電動機、高轉差電動機、低速電動機等；注水泵和壓縮機應用高效YE2、YE3電動機等。

3）低效電動機進行高效再改造。與具備電動機高效再制造能力的企業合作，對不同生產環節的低效電動機開展個性化再制造研究，實現“以舊換再”。電動機高效再制造，不但可將低效電動機再制造為高效率等級電動機，并且可以實現電動機材料循環利用，減少資源浪費。

4）電動機系統節能改造技術。電動機系統節能改造是針對系統采取的設備提效、合理匹配等優化改造手段，對于不同電動機系統及運行狀態，可實施不同的系統節能改造，如變頻調速技術、變極調速技術、相控調壓技術、優化運行和控制技術等。

5）對于新建產能設施，應根據生產預測分批建設，合理備用，避免過大的設計裕量和“一步到位”建設造成的資源浪費；根據實際工況優先選擇合理匹配的高效電動機。

6）加強管理，挖掘管理節能潛力。油田生產點多面廣，較為分散，且生產狀況變化頻繁，應制定合理的管理規程，根據工況變化對抽油機調參、注水泵優化啟泵等重點生產環節實施精細化管理，使電動機系統高效運行。

3　結語

隨著相關產業政策出臺、標準升級，各油氣田企業在推動電動機能效提升方面做了大量的工作。總體來講，油田電動機提效工作應著重從抽油機、注水泵這兩類用量大、耗電量大的電動機入手，針對性地分析其運行工況及存在的問題，綜合應用更新淘汰、高效再制造、節能技術改造等技術手段全面提升電動機本體能效水平，另外，還應強化管理，應用精細管理措施充分挖掘管理節能潛力，切實貫貫徹落實國家相關產業政策要求，全面推進電支思想內容提效工作，為實現節能減排，循環發展提供支撐。

［1］郭慧彬.油田電動機系統節能運行決策支持系統研究［D］.吉林：吉林大學，2009.

頁巖氣探明地質儲量1068×108m3

國土資源部2015年10月21日發布的《中國礦產資源報告（2015）》顯示，2014年我國油氣勘查取得重大突破，頁巖氣首次探明地質儲量1068億方。繼美國、加拿大之后，我國已成為世界第三個實現頁巖氣工業化生產的國家。截至目前，我國已頒發頁巖氣探礦權54個，勘探面積達17×104km2，主要集中在四川盆地及其周緣地區。

胡慶明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.018

2015-08-11）

呂亳龍，工程師，2012年畢業于中國石油大學（華東）（油氣儲運專業），從事油氣田與管道節能節水技術研究與管理工作，E-mail：lvbolong@petrochina.com.cn，地址：北京市志新西路3號中國石油規劃總院，100083。