抽油機一體化節(jié)能裝置在薩北油田的應用

郎爽（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

抽油機一體化節(jié)能裝置在薩北油田的應用

郎爽（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

薩北油田進入了高含水開發(fā)后期，油田開發(fā)能耗高、成本高，開發(fā)效益較差。作為主要耗能設備的抽油機電動機普遍存在負載率低的現(xiàn)象，平均功率僅為額定功率的30%，平均功率因數(shù)僅為0.14左右，加上油田點多面廣，竊電現(xiàn)象嚴重，進一步增加了生產(chǎn)能耗。為了提高抽油機的節(jié)能效率，安裝了150套ZDC（G）抽油機電動機節(jié)能一體化拖動裝置，成功地解決了機采系統(tǒng)能耗居高不下的難題，實現(xiàn)綜合節(jié)電16.42%，系統(tǒng)效率明顯提高。同時，有效地扼制了竊電現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)安全性，方便了現(xiàn)場管理。

抽油機 電動機 一體化拖動裝置 節(jié)能

引言

薩北油田抽油機井普遍采用游梁式抽油機，由于抽油機工作時為脈動負荷和重負荷啟動，它所配用的電動機必須有較高的啟動轉(zhuǎn)矩；而目前普遍采用的與抽油機配套的Y系列電動機由于啟動轉(zhuǎn)矩偏低，配套時需提高電動機容量以滿足啟動的需要，會造成電動機安裝容量過大，使電動機常常處于輕載運行，由此造成電動機在運行過程中效率和功率因數(shù)都大大降低，損耗也明顯加大。

截至目前，全廠抽油機井2344口，平均裝機功率為40.3 kW，抽油機井設備匹配不合理，電動機、配電箱無功耗損大，功率利用率低。測試表明，薩北油田抽油機井未采取節(jié)能措施的電動機功率利用率只有23.7%，存在“大馬拉小車”問題，無功耗損大，影響系統(tǒng)效率的提高。有195臺常規(guī)電動機使用時間長，功率利用率低，需要進行節(jié)能電動機改造。

為了實現(xiàn)抽油機井運行負載與電動機輸出負載間的合理匹配，同時扼制竊電現(xiàn)象，實施抽油機一體化裝置節(jié)能技術改造，充分挖掘機采井舉升工藝潛力，確保抽汲設備高效低耗運行，對于提高系統(tǒng)效率和節(jié)能降耗具有十分重要的意義[1]。

1 抽油機一體化裝置工作原理

電動機具有兩個級別額定功率，轉(zhuǎn)子有兩組抽頭分別接到兩個交流接觸器上，其中一個交流接觸器接高功率抽頭，另一個交流接觸器接低功率抽頭，兩個交流接觸器實現(xiàn)互鎖，由控制器控制完成兩種功率間的自動切換。電動機結構示意圖見圖1。

圖1 電動機結構示意圖

電源接線同Y系列三相異步電動機相同，通電后電動機以高功率啟動運行，當電流低于低功率運行電流時，則通過控制器將電動機切換到低功率狀態(tài)；當電流升高到高于低功率運行電流時，則切換到高功率狀態(tài)，以此避免“大馬拉小車”和過載運行現(xiàn)象。

2 技術性能及技術參數(shù)

一體化拖動裝置DFCJT由YCHD系列雙速高轉(zhuǎn)差率電動機和抽油機控制箱組成，雙速高轉(zhuǎn)差率電動機是為適應游梁式抽油機啟動轉(zhuǎn)矩大、過載因素多、正常運行負載低的特點而設計的新一代游梁式抽油機專用電動機。該系列電動機是電壓等級為380 V/50 Hz戶外型三相異步電動機，采用了專用的電動機綜合保護、安全控制柜，大大改善了電動機的安全運行參數(shù)。

2.1 一體化拖動裝置主要性能

◇NEMA設計：D（5%～8%轉(zhuǎn)差率）；

◇防護形式：IP23或IP44；

◇絕緣等級：F，滿載運行溫升不超過105 K；

◇額定電壓：380 V/50 Hz三相；

◇工作定額：連續(xù)（S1），服務系數(shù)1.15；

◇允許全壓啟動；

◇采用錐型軸伸，方便調(diào)參更換皮帶輪。

2.2 控制系統(tǒng)功能

1）具有缺相、過載、短路、過熱、浪涌過壓保護功能。

2）具有電流跟蹤指示、故障指示、故障記憶功能。

3）具有線路停電恢復供電后延時自啟動功能。

4）具有電動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換功能（可通過轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換開關實現(xiàn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換，亦可提供由接觸器控制轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換功能的控制箱）。

5）具有防盜功能。

3 現(xiàn)場試驗

2013年9月在150口抽油機井上現(xiàn)場實施抽油機一體化裝置節(jié)能技術改造。電動機更換后，抽油機啟動正常，無啟動黏滯狀態(tài)，沒有因負載重而啟動不了現(xiàn)象。運行中，電動機運行正常，抽油機無丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象，電參數(shù)正常。同時有效扼制了竊電現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)安全性，方便了現(xiàn)場管理。

對該裝置應用前后進行了現(xiàn)場測試，測試結果見表1。通過現(xiàn)場測試對比，平均有功節(jié)電率為11.53%，無功節(jié)電率為77.92%，單井日節(jié)電34.7 kWh，綜合節(jié)電率為16.42%，功率因數(shù)提高了0.425，系統(tǒng)效率提高了1.93%，預計年節(jié)電量190×104kWh。

表1 一體化拖動裝置效果統(tǒng)計

4 經(jīng)濟效益評價

4.1 直接效益

1）投入費用。一體化拖動裝置單價為2.4萬元/套，150口井總投資額為360萬元。

2）產(chǎn)出效益。2013年應用一體化拖動裝置150臺，平均單井日節(jié)電 34.7 kWh，節(jié)電率16.42%，預計年節(jié)電量達190×104kWh。電費價格按0.574 7元/kWh計算，節(jié)電效益為109萬元。

3）投資回收期為3.3年。

4.2 間接效益

1）節(jié)約材料維修費。由于一體化拖動裝置的電動機具有較高的轉(zhuǎn)差率，由此減輕了減速箱的疲勞破壞，減少了打齒事故的發(fā)生。

2）節(jié)約作業(yè)費用。一體化拖動裝置在運行中速度變化使抽油桿在重負荷時，最大限度地降低重載時運行的加速度。由于桿柱和液柱的質(zhì)量與加速度的乘積為動載荷，加速度的減小勢必降低懸點的動負荷，使抽油桿上的應力和應力變化范圍減小，從而減少抽油桿的斷脫事故發(fā)生。

3）降低設備投資費用。由于一體化拖動裝置解決了與游梁式抽油機合理功率匹配，最大限度地降低了對供電系統(tǒng)的功率要求。

5 結論和認識

1）調(diào)參快速，適應性強。該電動機采用了雙速雙功率形式，通過簡單地調(diào)整電動機控制箱中的速度功率轉(zhuǎn)換開關，就可實現(xiàn)抽油機的運行沖速調(diào)整，與以往幾人幾小時的工作相比，大大降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率；同時，更能根據(jù)井下工況，靈活地調(diào)整抽油機的運行沖速，根據(jù)油井調(diào)整驅(qū)動功率降低損耗，達到節(jié)能目的。

2）節(jié)能效果顯著。一體化拖動裝置的電動機是高啟動轉(zhuǎn)矩、高轉(zhuǎn)差率的節(jié)能電動機。此種電動機啟動特性軟，對系統(tǒng)機械沖擊小，啟動扭矩大。通過在保持達到系統(tǒng)的機械需求的情況下，降低電動機裝機功率，充分地解決了“大馬拉小車”的現(xiàn)象，降低了電動機的負載損耗，提高了電動機的運行效率，進一步提高了節(jié)能效果。

3）故障點少，防盜性能好。一體化拖動裝置采用了機電一體結構，減少了中間供電環(huán)節(jié)，減少了可能發(fā)生故障的點，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性；同時，該裝置采用了防盜設計，配有專用鑰匙，提高了設備的防盜性能，對設備及電有可靠的防盜保護，加強了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

[1]王廬峰,高立新,隋紅.JNFQ系列抽油機節(jié)能、防竊一體化配電裝置[J].油氣田地面工程,2002(7):92-94.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.006

2015-03-26）

郎爽，2011年畢業(yè)于哈爾濱商業(yè)大學（德強商務學院），從事地面工程管理工作，E-mail：gjdd1228@sina.com，地址：黑龍江省大慶市大慶油田第三采油廠第二油礦采油十三隊，163113。