抽油機節能配電裝置應用效果評價

江杰（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

抽油機節能配電裝置應用效果評價

江杰（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

抽油機驅動電動機啟動時電流大，功率因數低，平均負載率低、能耗大，調參繁瑣，導致油井桿管偏磨，檢泵周期縮短，抽油機井耗電量大，噸油成本高。為此，在抽油機井上開展了節能配電裝置現場試驗。現場應用表明，兩種節能配電裝置抽油機伺服控制器和抽油機多功能調速裝置都具有軟啟動特性，可以實現多級調速的目的，與抽油機的變負載特性匹配，節能效果明顯，節電率在15%以上，具有良好的應用前景。

抽油機 伺服控制器 多功能調速裝置 應用效果

抽油機作為機械采油井的主要舉升工藝技術，因其自身的重載啟動特性，在設計匹配電動機容量時，需要增大電動機的裝機功率[1]，以滿足抽油機的啟動負載需求，從而保證抽油機的正常運行。使用中，電動機啟動時電流大，功率因數低，能耗大，調參繁瑣。受到設備等因素的限制，一般情況下最低沖速只能達到3 min-1且現場調整工作量較大，使得油井檢泵周期短，耗電量大，管、桿磨損嚴重，噸油成本高。如何在不影響油井產量的前提下，降低工人勞動強度、降低開采成本和提高工作效率、提高經濟效益始終是油田普遍關心的問題。因此，在抽油機井上開展節能配電裝置現場試驗，應用抽油機伺服控制器和抽油機多功能調速裝置，得到了較好的效果。

1 基本概況

統計2014年底抽油機井，平均單井日產液23.31 t，日產油1.68 t，綜合含水92.79%，平均流壓3.61 MPa，平均泵效45.38%，平均單耗11.34 kWh/t。現場測試表明，抽油機驅動電動機的平均負載率不足30%[2]。電動機啟動時電流大，功率因數低，電能浪費嚴重。

隨著油田開采時間的延長，產量不斷遞減，出現供液不足現象，產量波動較大。另外近年產能主要以過渡帶外擴井為開采對象，表外儲層較發育，多為低孔、低滲以及低壓的低滲透油藏。部分油井的地下滲透能力小于抽油機的泵排量，為提高抽吸效率降低單位產量的能耗指標，最直接的辦法是對油井實施間開制度。但是，實施間開制度一般會影響產油量，很難得到大規模實施。抽油泵是一種柱塞泵，對電動機來講是一種恒轉矩性的負載，即電動機的電功率與其轉速成正比，可以通過改變抽油機的電動機轉速，使抽油泵的排量與油井的滲透能力相適應。通過在抽油機安裝節能配電裝置，可以根據油井的出液量，自動調節電動機轉速來調整功率，達到節能降耗的目的。

2 現場試驗及應用

2.1 抽油機伺服控制器

伺服控制器是用來控制電動機的一種器件，它通過位置、速度和力矩3種方式對電動機進行控制，采用數字信號處理器作為控制核心，功率器件普遍采用以智能功率模塊為核心設計的驅動電路，內部集成了驅動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，在主回路中還加入軟啟動電路，以減小啟動過程對電動機的沖擊。可根據不同井況選擇運行參數，沖速從0.1 min-1至15 min-1之間可調，同時可大范圍的單獨調節抽油機的上提速度、下放速度，可以實現快提慢放、慢提快放、慢提慢放等功能，有效地降低抽油機的動載荷，提高采油系統的效率。

2.1.1 老井區塊應用

2013年8月，在試驗井1上分別采取工頻、伺服狀態進行了生產數據錄取，并按SY/T 6422—2008進行能耗測試，應用效果見表1。載荷泵效對比見表2。該井應用CYJ10-3-37HB型抽油機，沖程3 m，沖速6 min-1，功示圖反映供液不足。在不影響油井產量的前提下，伺服狀態較工頻狀態相比平均有功節電率22.9%左右，功率因數提高到0.8以上。

表1 試驗井1伺服控制器應用效果對比

表2 試驗井1伺服控制器載荷泵效對比

試驗過程示功圖見圖1。從測試結果看，試驗井抽汲的慣性載荷降低，抽油泵充滿程度提高，泵效提高。

圖1 試驗井1示功圖測試情況對比

2.1.2 新投區塊應用

2013年新投區塊井為過渡帶外擴井，過渡帶地區砂體基本處于整個油層的尖滅區域，碎屑物質供應不足，又處于油田的過渡帶，總體上表外儲層較發育。該區塊油層巖性、物性、滲透性較差，產液量低、黏度高，人工控制調整參數，需要從較低轉速逐步摸索上調，會造成泵充滿程度低、抽油桿桿柱偏磨現象，導致檢泵作業頻繁，抽油機能耗高等情況發生，不利于發揮油井潛能。

在新投區塊安裝抽油機井伺服控制器34套，選取生產參數相近的鄰近未安裝抽油機井伺服控制器老井，與本區塊已安裝井進行對比，平均泵效由32.2%提高到45.08%，提高12.78%，系統效率由24.17%提高到27.03%，提高2.86%，平均有功百米噸液單耗由1.23 kWh下降到1.04 kWh，有功節電率達到15.45%，應用效果見表3。

2.2 抽油機多功能調速裝置

抽油機多功能調速裝置主要由傳感器、分析儀、變頻器等部分組成。傳感器用于分辨上、下沖程信號，并將信號傳給分析儀，分析儀對工況數據進行分析判斷，提供準確有效的開關信號；變頻器接收工作指令并執行，從而實現軟啟、電動機轉速調整等功能。

2.2.1 軟啟動特性試驗

軟啟動特性試驗使用檢測周期為每次0.02 s，試驗井4應用CYJY6-2.5-26HB游梁式抽油機，在動液面為434.33 m工況下的工頻啟動（即未使用變頻器）與使用變頻器后的啟動電流、有功功率對比，見圖2。

圖2 試驗井4現場測試情況對比

表3 新投區塊伺服控制器應用效果對比

表4 安裝調速裝置前后數據對比

由圖2可以看出，工頻啟動時的啟動電流為正常運行時的7～8倍，而變頻啟動的電流小于正常運行時電流值。

2.2.2 現場應用情況

2014年初在小于零下20℃低溫條件下對安裝調速裝置3口井進行測試，安裝調速裝置前后數據對比見表4，系統效率由措施前20.76%提高到24.87%，提高4.11%，增幅19.78%，平均有功百米噸液單耗由1.39 kWh下降到1.18 kWh，有功節電率達到15.11%。

3 結語

1）兩種節能配電裝置都具有軟啟動特性，可以實現多級調速的目的，與抽油機的變負載特性匹配，節能效果明顯，試驗節電率在15%以上。

2）兩種節能配電裝置具有很好的現場適應性，滿足室外環境要求，適合與不同機型相匹配達到節能降耗的目的。從投資考慮，老井可隨電動機、控制箱現場匹配試驗逐步更換，新投產能區塊可加大推廣應用力度。

[1]何繼峰.抽油機井高能耗原因及降耗措施應用[J].石油石化節能,2013(6):39-40.

[2]卜文杰,王文秀,秦曉冬,等.提高抽油機井系統效率的理論分析與對策措施[J].資源節約與環保,2008(3): 38-41.

[3]馮成寶.油田抽油機的現狀及節能方式綜述[J].內蒙古石油化工,2008(3):31-33.

[4]鄭剛銳,吳照云,梁士軍,等.SY/T 6422—2008 石油企業節能產品節能效果測定[S].北京:石油工業出版社, 2008.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.018

2015-04-03）

江杰，工程師，2007年畢業于哈爾濱工程大學，從事采油工程方案編制工作，E-mail：jjiesk@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市第五采油廠技術大隊，163513。