抽油機控制技術與電動機合理匹配研究

朱璐璐（大慶油田有限責任公司第八采油廠）

抽油機控制技術與電動機合理匹配研究

朱璐璐（大慶油田有限責任公司第八采油廠）

為進一步控制配電系統投資，降低機采系統運行能耗，找到電動機與抽油機控制技術的最優組合形式，采用現場測試不同組合形式能耗，對比投資回收期、功率因數及現場應用情況的方法，對抽油機控制技術與電動機的合理匹配進行了研究。結果表明：單速電動機+控制裝置A的組合形式投資回收期短，功率因數高，現場操作方便，功能實用，因此將其確定為最優組合形式。這種組合形式提高了配電系統適應性，可作為指導采油工程方案設計的理論依據。依據分析結果，在產能建設區塊應用329口井，年可節電934.7×104kWh，年可節省電費626.3萬元。

控制技術；電動機；投資回收期；功率因數

近2年來，為了降低某廠機采能耗，在采油工程方案中設計應用雙速雙功率電動機，配套使用抽油機控制技術。但目前節能電動機和抽油機控制技術種類較多，由于對于各類節能電動機[1]與抽油機控制技術的匹配[2]使用狀況還沒有進行系統的對比，包括投資狀況、節能狀況以及現場應用狀況的綜合分析，方案設計無依據可參考。因此，為進一步控制投資，降低抽油機運行能耗，找到電動機與抽油機控制技術最優組合形式，以指導方案設計，開展了抽油機控制技術與電動機合理匹配研究。

1 常用電動機和控制技術類型

1.1 常用電動機

1.1.1 高轉差率雙功率電動機

雙功率電動機的定子繞組采用兩個繞組。即一個多匝繞組和一個少匝繞組。根據負荷的變化，通過外部控制線路的切換來改變電動機線圈的繞組連接方式，調整其運行方式。

電動機定子旋轉磁場轉速和轉子轉速之間的高轉差，使電動機具備較大啟動力矩[3]，啟動電流小；根據井況轉換高、低轉速運行，沖速調整容易，適合在不同井況下使用。

1.1.2 超高轉差率單功率電動機

超高轉差率電動機具備更大啟動力矩，啟動電流小，固定轉速運行，單位電流形成的啟動力矩是普通電動機的6倍多，價格低于雙速雙功率電動機。

1.2 抽油機控制技術

1.2.1 控制技術A

控制技術A可實現不停機連續調整沖速，方便生產管理；實現軟停軟啟，保護電動機；自動跟蹤電流上限值，隨工況智能輸出電流；實時監測有功、無功功率及電流值。

1.2.2 控制技術B

控制技術B結合抽油機結構特性和桿管泵的動態運行特點，以電動機變速驅動為手段，通過優化懸點的運行速度軌跡，實施舉升過程實時變速運行，達到沖程內按最佳容積泵效需求以及桿柱與地面設備負荷最小需求實施過程柔性變速；沖速按供采平衡與最大充滿度原則，進行自適應無級調速。

1.2.3 控制技術C

控制技術C采用閉環控制，在線實時顯示油井示功圖。根據示功圖計算液面高度判斷井況，自動調節沖速，自動調節上下沖程速度；實時監測電流、上下沖程速度、充滿度、示功圖；發生結蠟、抽油桿斷裂、電動機過載等現象時，自動報警；實現電動機的軟啟動、軟停止。

2 最優組合形式評價研究

將以上兩種電動機與三種抽油機控制技術組合成六種形式（表1）進行對比研究，優選參數相同、井況相近的22口井，并對其投資、能耗、功率因數及投資回收期情況進行比較。

表1 抽油機控制技術與電動機六種組合形式

2.1 投資對比

通過投資對比表明，組合二和組合五一次性投資較低（表2）。

表2 六種組合投資對比情況 萬元

2.2 能耗對比

通過能耗對比表明，組合四和組合六平均日耗電較低（表3）。

表3 六種組合能耗對比情況

通過對比雙速電動機和單速電動機能耗情況，工頻運行情況下單速電動機試驗井平均單井日耗電101.4 kWh，與雙速電動機試驗井相比，平均單井日耗電降低17.5 kWh（表4）。

表4 雙速電動機與單速電動機能耗對比

變頻運行情況下，單速電動機試驗井平均單井日耗電96.6 kWh，與雙速電動機試驗井相比，平均單井日耗電降低17.9 kWh（表5）。

表5 雙速電動機與單速電動機能耗對比

2.3 功率因數對比

通過功率因數對比表明，組合一和組合四功率因數較高（表6）。

表6 六種組合功率因數對比情況

通過對比三種抽油機控制技術功率因數情況表明，控制技術A功率因數較高，平均達到0.72（表7）。

表7 抽油機控制技術功率因數對比

2.4 投資回收期對比

統計某廠2016年抽油機耗電情況，八型抽油機平均日耗電170 kWh。依據六種組合形式的設備投資及耗電情況，電費按0.63元/kWh計算，與全廠八型抽油機對比，按照投資回收期計算公式，計算了六種組合情況下的投資回收期。

計算結果表明，其中兩種組合形式投資回收期較短：一是組合四，投資回收期3.56年；二是組合六，投資回收期3.29年（表8）。

表8 六種組合投資回收期對比

2.5 最優組合形式確定

綜合考慮投資回收期和功率因數情況，同時結合現場使用方便、功能實用等情況，將組合四確定為最優組合形式（表9）。

表9 六種組合綜合對比

3 效益分析

通過抽油機控制技術與電動機合理匹配研究，優選出單速電動機+控制技術A為最優組合，提高了配電系統適應性。依據分析結果，在產能建設區塊設計應用329口井，年可節電934.7×104kWh，年可節省電費626.3萬元。

4 結論

1）同等情況下，單速電動機平均能耗低于雙速電動機，同時投資也低于雙速電動機。

2）通過對比三種抽油機控制技術功率因數情況表明，控制技術A功率因數較高，平均達到0.72。

3）綜合考慮投資回收期、功率因數、現場使用及主要功能的基礎上，確定了最優組合形式，降低了舉升系統能耗，提高了經濟效益，為采油工程方案設計提供了理論指導和科學依據。

[1]白連平，王玉生.游梁抽油機節能電動機選擇方法的討論[J].鉆采工藝，2007，30（2）：94-95.

[2]索恩祥.抽油機井控制柜與電動機匹配適應性研究[J].石油石化節能，2017，7（2）：1-2.

[3]呂亳龍，解紅軍，劉向陽，等.抽油機用高效電動機節能技術及應用[J].石油石化節能，2015，5（12）：17-19.

2017-05-17

（編輯 李發榮）

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.10.001

朱璐璐，工程師，2008年畢業于東北石油大學（油氣儲運工程專業），從事采油工程方案設計工作，E-mail：zhululucy8@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責任公司第八采油廠工程技術大隊，163514。