電控換向型無游梁式抽油機的能耗監測與節能效果

孫守淵 王艷麗 陳勇 郭霄 曹偉

（1.中國石油玉門油田分公司鉆采工程研究院；2.中國石油玉門油田分公司方圓物業管理有限責任公司；3.中國石油玉門油田分公司規劃計劃處）

電控換向型無游梁式抽油機的能耗監測與節能效果

孫守淵1王艷麗2陳勇3郭霄1曹偉1

（1.中國石油玉門油田分公司鉆采工程研究院；2.中國石油玉門油田分公司方圓物業管理有限責任公司；3.中國石油玉門油田分公司規劃計劃處）

針對近年來電控換向型無游梁式抽油機的普及，在研究了其結構原理和能耗特點的基礎上，制定能耗監測方法。經現場實驗證明，該方法滿足電控換向型無游梁式抽油機能耗評價需要；同時，對電控換向型無游梁式抽油機節能效果進行了評價。

無游梁式抽油機；能耗；監測

隨著世界油氣資源的不斷開發，開采油層深度逐年增加，石油含水量也不斷增加，為了減少能耗，提高經濟效益，一般都采用長沖程、低沖速的采油方式。而在油田的采油設備中，游梁式抽油機應用最為普遍，數量也最多。大量的游梁式抽油機難以實現長沖程、低沖速、平衡度精確的要求，運行在低效率區，造成能源浪費，設備損耗嚴重，給油田帶來巨大的經濟損失。因此，研制平衡度精確的新型節能抽油機，使抽油機的參數更好地適應地上、地下工況，提高采油系統的效率，節約電能，降低開采成本成為主要研究方向[1-6]，從而應運而生了具有精確平衡度和低能耗的電控換向型無游梁式抽油機。這一新型節能抽油機的出現，給機械采油系統能耗監測提出了挑戰。針對這一問題，全面學習了電控換向型無游梁式抽油機的結構、原理、能耗特點后，制定出電控換向型無游梁式抽油機能耗監測和計算方法，并與游梁式抽油機比較評價了其節能效果。

1 結構

電控換向型無游梁式抽油機主要由復式永磁電動機、立柱、皮帶、懸繩器、滑輪組、后平衡裝置和智能電氣控制柜裝置等組成。其具體結構見圖1。

圖1 電控換向型無游梁式抽油機結構

2 工作原理

電控換向型無游梁式抽油機采用復式永磁同步電動機作為抽油機的原動力，圓形立柱機架高位支撐，一側通過柔性皮帶懸掛配重，另一側也通過柔性皮帶連接帶動抽油桿，抽油桿和配重形成了天平式的平衡，相互不斷地交換儲存和釋放勢能。變頻控制系統控制復式永磁同步電動機的轉速、啟停和換向，電動機的外轉子作為皮帶卷軸，通過固定安裝在塔架平臺上滑輪組，將皮帶組一端與抽油機懸繩器、光桿連接，另一端與內部裝有平衡塊的平衡箱連接，實現運行過程中提液與配重的平衡抽汲。抽油機運行上沖程時，電動機外轉子旋轉，提升抽油桿柱、泵和液；同時，另一端平衡箱下行，當平衡箱下行到設定沖程位置時，觸發位置傳感器，將信號反饋給電控系統，系統迅速發出減速、換向指令，使電動機減速、更換旋轉方向，結束上沖程，開始下沖程。平衡箱行走導軌垂直連接在塔架上，由平衡箱上固定的滾輪在導軌上直線往復行走，實現高精度軌跡行走。始終如此循環，實現抽油機帶動抽油桿柱、抽油泵抽汲油液。

3 性能特點

以WCYJD14-8-40Z型無游梁式抽油機為例：額定懸點載荷140 kN；最大沖程8 m；額定起重量40 t；最高沖速3 min-1；電動機額定功率24 kW；額定扭矩11.5 kN·m；額定電壓380 V；最大額定單邊提升質量5 t（1 min內）；整機最大質量（不含配重）11 t。最大沖程可達8 m、最低沖速0.5 min-1，突破了游梁式抽油機最大沖程和最低沖速的局限；配重塊落地，調平衡時能夠安全、迅速地完成，實現了精準平衡度調整要求；應用數字化控制的永磁同步制動電動機技術，能夠柔性啟動、加速、減速、超低速運行，避免了抽油機換向啟動的機械沖擊，做到了抽油機只保養無大修，延長了抽油機的使用壽命。運用程序自動控制和變頻調速技術，調整參數簡便易行，無級分別調整上下沖速，實現了現代智能化采油。電控換向型無游梁式抽油機與游梁式抽油機性能對比見表1。

4 能耗監測

電控換向型無游梁式抽油機能耗監測如圖2所示進行現場測試：測試點①測試電動機輸入端電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、最大功率、最小功率、上下沖程最大電流；測試點②測試示功圖、沖速；測試點③測試動液面深度、油壓、套壓；測試點④測試產液量、含水、液體密度；其他記錄參數為抽油機型號、額定沖速、額定沖程，電動機型號、額定功率、額定電流、額定電壓、額定轉速、制造日期，配電箱型號、制造單位、泵掛深度等。

表1 電控換向型無游梁式抽油機與游梁式抽油機性能對比

圖2 電控換向型無游梁式抽油機井測點示意

4.1 效率

按照GB/T 5264—2012《油田生產系統能耗測試和計算方法》規定計算電控換向型無游梁式抽油機地面效率、井下效率和系統效率[7]。

4.2 精確平衡度

4.2.1 精確平衡度概念

抽油機運行時下沖程最大功率與上沖程最大功率差值的絕對值，與上下沖程最大功率中較大的功率的比值；或抽油機運行時下沖程最大電流與上沖程最大電流差值的絕對值，與上下沖程最大電流中較大的電流的比值，以百分數表示[8]。

4.2.2 精確平衡度計算方法

按式（1）或式（2）計算：

式中：B——抽油機井精確平衡度，%；

NDmax——下沖程最大功率，kW；

NUmax——上沖程最大功率，kW；

IDmax——下沖程最大電流，A；

IUmax——上沖程最大電流，A。

4.3 指標要求

電控換向型無游梁式抽油機電動機功率因數和系統效率按照GB/T 31453—2015《油田生產系統節能監測規范》規定的指標要求進行評價[9]；精確平衡度評價按照表2的指標要求進行評價。

表2 精確平衡度指標要求

5 能耗監測實例與節能效果

在采油廠選取了8口安裝CYJQ14-6-73HPB型游梁式抽油機的井為監測對象。在井下桿柱組合不動的情況下，直接把抽油機更換為WCYJD14-8-40Z型電控換向型無游梁式抽油機進行測試、計算和評價。并且按照SY/T 6422—2016《石油企業用節能產品節能效果測定》規定的能效比對測試法[10]，對電控換向型無游梁式抽油機的節能效果進行了評價。詳細的能耗監測情況和節能效果見表3。

由表3可知，電控換向型無游梁式抽油機與游梁式抽油機相比，平均功率因數提高了0.068 6，平均系統效率提高了3.39%，有功節電率20.43%，無功節電率38.61%，綜合節電率21.47%。其中，6臺電控換向型無游梁式抽油機精確平衡度與平衡度判定結果一致；2臺（YK1-3和YK1-15）判定結果不一致，平衡度判定合格，精確平衡度判定不合格，說明精確平衡度要求更高，更能夠挖掘節能潛力。

表3 電控換向型無游梁式抽油機的能耗監測情況和節能效果

6 結論

1）通過現場實踐測試，電控換向型無游梁式抽油機的電動機功率因數、效率和精確平衡度評價適用于電控換向型無游梁式抽油機的能耗監測。

2）電控換向型無游梁式抽油機的精確平衡度計算評價，滿足抽油機朝著精確平衡方向的發展平衡度評價要求，能夠挖掘更多的抽油機節能潛力，推動低能耗節能型抽油機的發展。

3）電控換向型無游梁式抽油機與游梁式抽油機對比的實例表明，電控換向型無游梁式抽油機具有一定節能效果。

[1]孫守淵，陳勇.機采系統節能潛力的研究[J].石油石化節能，2016，6（1）：18-21.

[2]劉樹義，畢宏勛，張新霞.冀東油田機械采油系統效率的研究[J].石油規劃設計，2006（9）：1-4.

[3]李興，康成瑞，鄒俊松.低滲透油田機采系統效率影響因素分析[J].石油和化工技術，2008（3）：14-17.

[4]薛瑞新.提高機采井效能技術研究與應用[J].科技資訊，2007（31）：14.

[5]趙玉明.提高抽油機井系統效率配套節能技術研究[J].節能技術，2009（5）：474-475.

[6]孫守淵，李亞軍，王艷麗.變頻技術對抽油機的節能影響[J].中國高新技術企業，2008（2）：73-74.

[7]國家能源局.油田生產系統能耗測試和計算方法：SY/T 5264—2012[S].北京：石油工業出版社，2012：1-12.

[8]國家能源局.無游梁式抽油機:SY/T 6729—2014[S].北京：石油工業出版社，2014：1-16.

[9]國家質量監督檢驗檢疫總局.油田生產系統節能監測規范：GB/T 31453—2015[S].北京：石油工業出版社，2015：1-3.

[10]國家能源局.石油企業用節能產品節能效果測定：SY/T 6422—2016[S].北京：石油工業出版社，2016：1-3.

2017-05-20

（編輯 張興平）

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.10.007

孫守淵，高級工程師，2003年畢業于蘭州理工大學（金屬材料工程專業），從事油田節能監測工作，E-mail：ymsunsy@petrochina.com.cn，地址：甘肅省酒泉市肅州區石油基地檔案樓812室，735019。