抽油機井液力耦合裝置的應用與評價

劉剛 （大慶油田有限責任公司第六采油廠）

抽油機井液力耦合裝置的應用與評價

劉剛 （大慶油田有限責任公司第六采油廠）

針對油田常規(guī)異步電動機配備裝機功率大、能耗高、效率低的問題，在某采油廠現(xiàn)場試驗應用抽油機井電動機液力耦合傳動裝置。利用液力耦合裝置的泵輪力矩與其轉速的平方成正比的原理，通過起動瞬間泵輪的低轉速運行來降低電動機啟動力矩。試驗表明，與傳統(tǒng)變頻等設備相比，液力耦合傳動裝置帶動電動機能有效降低啟動力矩，降載效果好，可有效降低電動機有功消耗，有功節(jié)電率可達到10.8%。

抽油機；雙速高轉差率電動機；節(jié)能降耗

隨著油田進入采油中后期，新井、加密井的不斷增加，其中抽油機占較大部分，但受油田含水上升影響，電動機所需啟動力矩大，匹配大功率電動機導致負荷不足問題更加突出；因此，大功率電動機啟動滿足需求，但是運行空載損耗大，導致電動機能耗更高，無論電動機投入還是后期通過變頻改造，成本更高，制約了油田節(jié)能降耗發(fā)展。

液力傳動技術在其他工業(yè)領域達到一定規(guī)模應用，將液力耦合傳動技術應用在抽油機井中，可有效降低電動機負載，改善傳動效果，提高機械傳動效率的作用。

1 液力耦合裝置的結構與原理

抽油機用液力傳動裝置，由傳動裝置主動軸、主動輪、被動輪及外殼組成（圖1）。

圖1 液力傳動裝置結構示意圖

電動機的動力通過耦合裝置主動軸傳導給主動輪，經(jīng)過注入耦合裝置內(nèi)的液體介質(zhì)，通過泵輪到被動輪，將液體能量轉換為旋轉的機械能，最終帶動電動機皮帶輪轉動[1]。

2 液力耦合裝置的功能

液力耦合裝置具備空載啟動和軟啟動功能，能保證電動機在重載狀態(tài)下輕載啟動，從而減緩沖擊，提高傳動效率；可以有效解決電動機啟動困難問題，即與電動機硬連接的剛性傳動相比，可以至少降低一個電動機機座號，從而實現(xiàn)減少電動機無功損耗，降低對電網(wǎng)沖擊，提高電網(wǎng)功率因數(shù)的目的，達到節(jié)電效果[2-3]。

3 液力耦合裝置節(jié)能實測效果

現(xiàn)場分別在抽油機井上進行了液力耦合裝置降載和同級別電動機應用試驗。

3.1同功率級別電動機應用液力耦合裝置試驗

對1#井和2#井改造前后抽油機的各項參數(shù)進行了測試（表1）。從2口井的測試數(shù)據(jù)中可以看出，改造后，2口井的啟動電流分別下降68 A和48 A。1#井百米噸液耗電由1.25 kWh降到0.97 kWh，2#井百米噸液耗電由1.03 kWh降到0.87 kWh；同時，系統(tǒng)效率都有所提高，分別提高了4.20個百分點和1.8個百分點。

表1 液力耦合裝置現(xiàn)場試驗效果對比

3.2液力耦合裝置降低電動機裝機功率試驗

抽油機啟動力矩大，因此電動機裝機容量選得較大，一般高出運行負荷3倍以上。而當抽油機啟動后電動機則一直在低負載狀態(tài)下運行，導致設備負荷與電能的多重無功損耗。

通過1#、2#井試驗表明，應用液力耦合裝置可以降低啟動電流，從而降低電動機裝機功率。以3#井為例，應用液力耦合裝置原75 kW電動機裝機功率降為55 kW，可以正常啟動，又能保證電動機正常工作。其有功功率降低1.2 kW，無功功率降低8.34 kvar，電動機功率因數(shù)提高0.18，同時避免了油井負載較大時啟動困難和超負荷燒電動機的問題。3#、4#井現(xiàn)場降載試驗測試數(shù)據(jù)見表2、表3。

表2 3#井現(xiàn)場降載試驗測試數(shù)據(jù)

表3 4#井現(xiàn)場降載試驗測試數(shù)據(jù)

4 經(jīng)濟效益

通過現(xiàn)場測試，應用液力耦合裝置4口井的單井有功節(jié)電率達到10.8%，日節(jié)電27.2 kWh；按0.6183元/kWh計算，年創(chuàng)效益2.49萬元。抽油機井應用液力耦合裝置后，在保證電動機有效傳動的同時，可合理匹配電動機的裝機功率，從而減少對原電動機設備進行改造的費用，結合提高功率因數(shù)，降低線損，經(jīng)濟效益更為可觀。

5 結論

1）液力耦合裝置能合理匹配電動機裝機功率，有效改善電動機啟動性能，通過降低裝機功率級別實現(xiàn)啟動電流下降30%～40%。

2）液力耦合裝置能實現(xiàn)電動機傳動中的軟特性。由于抽油機工作多為交變載荷，電動機工作電流變化大，每一沖速中有兩次峰值電流，應用液力耦合裝置可以在載荷峰值時削弱峰值電流，從而極大地減少由于載荷變化引起的部件沖擊、振動，提高減速箱等部件的疲勞壽命，延長保護電動機和皮帶的使用壽命。

3）抽油機液力耦合裝置屬純機械裝置，不產(chǎn)生高次諧波，不污染電網(wǎng)，與其他節(jié)電裝置相比更加安全可靠。

[1]顏醒林.調(diào)速型液力耦合器工作原理及故障原因 排除[J].中國科技博覽,2013（27）：331.

[2]謝福志.液力耦合器控制分析[J].起重運輸機械,2011（5）：59-60.

[3]潘志勇.液力耦合器傳動液性能特點研究[J].企業(yè)技術開發(fā),2008，27（8）：28-30.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.015

2015-12-18

（編輯 李發(fā)榮）

劉剛，工程師，2006年畢業(yè)于大慶石油學院成人教育學院，從事油田地面工程管理，E-mail：liugang5@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責任公司第六采油廠試驗大隊，163114。