抽油機(jī)井控制柜與電動(dòng)機(jī)匹配適應(yīng)性研究

索恩祥（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

抽油機(jī)井控制柜與電動(dòng)機(jī)匹配適應(yīng)性研究

索恩祥（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

隨著油田節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，各種新興節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于油田節(jié)能設(shè)備中。通過(guò)兩種節(jié)能電動(dòng)機(jī)與三種節(jié)能控制柜匹配試驗(yàn)，以有功功率、無(wú)功功率、綜合節(jié)電率等相關(guān)參數(shù)變化為評(píng)價(jià)依據(jù)，獲得不同功率利用率的匹配效果。在考慮新老井中抽油機(jī)轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩及安全系數(shù)的情況下，以匹配效果作為指導(dǎo)，評(píng)價(jià)目前抽油機(jī)井節(jié)能狀況，對(duì)電動(dòng)機(jī)和控制柜匹配不合理的抽油機(jī)井，實(shí)施設(shè)備對(duì)調(diào)，提高了節(jié)能設(shè)備的利用效率。

匹配；有功功率；無(wú)功功率；綜合節(jié)電率

目前，全國(guó)油田面臨著成本增加，經(jīng)濟(jì)效益下滑的形勢(shì)。為控制成本，提高節(jié)能設(shè)備利用效率，提出運(yùn)用已安裝的節(jié)能電動(dòng)機(jī)和控制柜合理匹配構(gòu)想。以Y系列普通電動(dòng)機(jī)和普通控制柜、Y系列普通電動(dòng)機(jī)與節(jié)能控制柜、節(jié)能電動(dòng)機(jī)與普通控制柜能耗組合測(cè)試電量為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)比匹配節(jié)能電動(dòng)機(jī)和節(jié)能控制柜節(jié)電效果，取得各種節(jié)能設(shè)備的適應(yīng)性匹配，指導(dǎo)未來(lái)電動(dòng)機(jī)安裝和設(shè)備對(duì)調(diào)工作。

1 現(xiàn)場(chǎng)匹配研究

1）避免試驗(yàn)成果具有片面性，各挑選5口不同液量級(jí)別、沉沒度差異、井況正常井，統(tǒng)計(jì)普通設(shè)備與節(jié)能設(shè)備匹配節(jié)電效果。挑選相同功率高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)、高啟動(dòng)力矩電動(dòng)機(jī)、無(wú)功補(bǔ)償控制柜、變頻控制柜[1]、調(diào)壓控制柜[2]與常規(guī)電動(dòng)機(jī)和控制柜。

2）挑選上沖程及下沖程電流和功率比例均達(dá)到90%以上平衡井，日產(chǎn)液量接近區(qū)塊平均產(chǎn)液量井，含油飽和度為區(qū)域含油飽和度，沉沒度在合理范圍內(nèi)。按照電動(dòng)機(jī)和控制柜匹配設(shè)計(jì)圖方式統(tǒng)計(jì)節(jié)電效果（圖1）。

圖1 電動(dòng)機(jī)和控制柜匹配設(shè)計(jì)

3）根據(jù)百米噸液?jiǎn)魏摹⒂泄β省o(wú)功功率、功率因素[3]等數(shù)據(jù)，確定節(jié)能設(shè)備匹配節(jié)電效果，從而判定最佳組合方式（表1）。

表1 試驗(yàn)結(jié)果判定依據(jù)

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

根據(jù)四種匹配測(cè)試數(shù)據(jù)說(shuō)明，相對(duì)于常規(guī)設(shè)備組合，常規(guī)電動(dòng)機(jī)與變頻控制柜組合、高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)與常規(guī)控制柜組合、雙節(jié)能組合節(jié)能效果明顯，節(jié)電率分別為7.3%、8.6%、12.1%，百米噸液?jiǎn)魏南陆?.01 kWh、0.09 kWh。高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)與變頻控制柜組合生產(chǎn)節(jié)電率為12.1%，無(wú)功功率下降5.34 kvar，百米噸液?jiǎn)魏南陆?.15 kWh。根據(jù)匹配原則設(shè)計(jì)流程說(shuō)明，高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)和變頻控制柜適合匹配生產(chǎn)。以同樣的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方式統(tǒng)計(jì)其他它五種節(jié)能方式組合，節(jié)電率均大于單節(jié)能設(shè)備節(jié)電效果，通過(guò)對(duì)比不同功率利用率區(qū)間節(jié)能組合節(jié)電效果，獲得最佳節(jié)能組合（表2）。

現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)安裝根據(jù)抽油機(jī)凈轉(zhuǎn)矩曲線來(lái)計(jì)算均方根轉(zhuǎn)矩[4]，再通過(guò)抽油機(jī)折算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)對(duì)比實(shí)際電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，最終確定電動(dòng)機(jī)所需裝機(jī)功率。出于對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方面的考慮，新老井的設(shè)備選擇需考慮不同安全系數(shù)[5]，新井安全系數(shù)為1.2～1.5，老井安全系數(shù)為1.5～2.0，且井底產(chǎn)液波動(dòng)較大，致使生產(chǎn)井電動(dòng)機(jī)處于不同功率利用率區(qū)間，匹配節(jié)能電動(dòng)機(jī)和控制柜工作，應(yīng)當(dāng)考慮不同區(qū)間節(jié)電效果。

根據(jù)電動(dòng)機(jī)不同功率利用率區(qū)間測(cè)試數(shù)據(jù)說(shuō)明，在功率利用率低于20%、有功功率相對(duì)較低的情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為定值情況下無(wú)功功率變化不大。相對(duì)于調(diào)壓、補(bǔ)償控制柜，由于變頻控制柜無(wú)須換小皮帶輪，通過(guò)調(diào)整頻率達(dá)到參數(shù)調(diào)整的目的，且能夠大幅度降低無(wú)功功率；所以變頻控制柜與高啟動(dòng)力矩電動(dòng)機(jī)、高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)匹配的節(jié)電效果最佳。

表2 節(jié)能設(shè)備匹配生產(chǎn)原則統(tǒng)計(jì)表

圖2 高啟動(dòng)力矩電動(dòng)機(jī)和高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)匹配不同控制柜節(jié)電率情況

在功率利用率大于20%、有功功率相對(duì)較高、載荷較大的情況下，調(diào)壓控制柜通過(guò)高壓?jiǎn)?dòng)、低壓運(yùn)轉(zhuǎn)的功能，能夠減小有功消耗，從而達(dá)到節(jié)能效果；所以變頻控制柜與高啟動(dòng)力矩電動(dòng)機(jī)、高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)匹配的節(jié)電效果最佳（圖2、表3）。

表3 節(jié)電效果統(tǒng)計(jì)

針對(duì)高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)和高啟動(dòng)力矩電動(dòng)機(jī)，在功率利用率處于10%～20%時(shí)，匹配變頻控制柜節(jié)電率較其它控制柜高出3%～5%。以平均單井日耗電140 kWh計(jì)算，平均節(jié)電率按照4%計(jì)算，日節(jié)電5.6 kWh；按照全年365 d和電價(jià)0.638 1元/kWh計(jì)算，較其他匹配方式單井每年多節(jié)約費(fèi)用0.13萬(wàn)元。在功率利用率處于20%～30%時(shí)，匹配變頻控制柜節(jié)電率較其他控制柜高出1%，平均日節(jié)電1.4 kWh。按照全年365 d和電價(jià)0.638 1元/kWh計(jì)算，單井年節(jié)約費(fèi)用為0.03萬(wàn)元。

3 結(jié)論

1）各功率利用率區(qū)間存在不同節(jié)能電動(dòng)機(jī)和節(jié)能控制柜匹配組合。

2）變頻控制柜存在改變頻率功能，與處于低功率利用率區(qū)間節(jié)能電動(dòng)機(jī)匹配節(jié)電效果明顯。

3）調(diào)壓控制柜與處于高功率利用率區(qū)間電動(dòng)機(jī)匹配節(jié)電效果明顯。

[1]劉慧芬.變頻調(diào)速技術(shù)在游梁式抽油機(jī)中的應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2004（5）：80-82.

[2]謝秀明.高壓變頻調(diào)速技術(shù)在火力發(fā)電廠節(jié)能中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2013（4）：21-33.

[3]闞寶春.油田注水系統(tǒng)節(jié)能研究[J].科技資訊，2006（7）：234.

[4]文江波.大洼區(qū)塊注水系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2012.

[5]高鵬.關(guān)于油田注水系統(tǒng)節(jié)能降耗途徑的探究[J].化工管理，2016（4）：157.

[6]趙琳，任志華，黨秀麗.淺析提高油田注水系統(tǒng)效率途徑[J].地下水，2014（4）：194-196.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.02.001

2016-09-21

（編輯 張興平）

索恩祥，工程師，2004年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，從事油田生產(chǎn)管理工作，E-mail：swenxiang@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠作業(yè)大隊(duì)，163513。