自適應(yīng)節(jié)電技術(shù)抽油機(jī)上應(yīng)用

張樹起

摘 要目前大部分抽油機(jī)采用三相異步電動機(jī)拖動，調(diào)參難、功率因數(shù)低、電能浪費(fèi)大。隨著變頻技術(shù)的廣泛引用，對油田成本控制起到了很大的作用，節(jié)省了大量的電力能源。抽油機(jī)變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用，不僅解決了調(diào)摻難的問題還起到了節(jié)省電力能源。以前調(diào)摻需要換皮帶輪或者換電機(jī)變頻技術(shù)的應(yīng)用，只需調(diào)整頻率即可完成，變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在抽油機(jī)上，可大幅度降低原油生產(chǎn)成本。

【關(guān)鍵詞】抽油機(jī) 變頻節(jié)電 節(jié)電

1 引言

我國油田絕大部分為低能低產(chǎn)油田，不像國外油田有很強(qiáng)的自噴能力，大部分油要靠注水來壓油入井，靠抽油機(jī)（磕頭機(jī)）把油從地層中提升上來。在我國以水換油、以電換油是目前油田的現(xiàn)實(shí)，耗電費(fèi)用在我國的石油開采成本中占了相當(dāng)大的比例。所以，石油行業(yè)十分重視節(jié)約電能，節(jié)省電耗就是直接降低石油的開采成本。

我國目前抽油機(jī)的保有量在10萬臺以上，電動機(jī)裝機(jī)總?cè)萘吭?500MW，年耗電逾百億Kwh。抽油機(jī)運(yùn)行效率低下，在我國平均運(yùn)行效率為25.96%，國外平均水平為30.05%，年節(jié)能潛力可達(dá)幾十億Kwh。除了抽油機(jī)，油田還有大量的注水泵、輸油泵、潛油泵等設(shè)備，總耗電量超過油田總用電量的80%，可見，石油行業(yè)也是推廣"電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能"的重點(diǎn)行業(yè)。

2 抽油機(jī)運(yùn)行特征

國內(nèi)油田使用抽油機(jī)一般是恒速運(yùn)行，變轉(zhuǎn)矩，變功率負(fù)載，起動力矩大、慣性大；長時(shí)間“大馬拉小車”運(yùn)行，效率低，耗能大，沖程和沖次調(diào)節(jié)不方便（需要人工作業(yè)），空抽、半抽現(xiàn)象普遍存在（負(fù)載變化大），甚至經(jīng)常以生反發(fā)電現(xiàn)象（一個循環(huán)周期內(nèi)可能有兩次發(fā)電狀態(tài)）。

抽油機(jī)電機(jī)負(fù)荷是按周期變化，開始起動時(shí)，負(fù)荷很大，要求啟動轉(zhuǎn)矩很大，因此設(shè)計(jì)上，一般采用較大的電機(jī)，保證啟動順利。正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率很低，一般20%左右，高時(shí)負(fù)荷率30%。

3 當(dāng)前抽油機(jī)節(jié)能工作現(xiàn)狀

為有效提高抽油機(jī)工作效率，經(jīng)過不懈的努力，進(jìn)行了大量的嘗試，取得了一定的效果。在電力節(jié)能方面，主要有以下幾種不同的方式：

3.1 調(diào)整機(jī)械結(jié)構(gòu)平衡，進(jìn)行設(shè)備節(jié)能

為使用電機(jī)的出力盡量用于抽油過程，就要消除機(jī)械部分的能量損失，那就是做好機(jī)械部分的平衡問題：經(jīng)常隨工況的變化做機(jī)械平衡的調(diào)整。

這種方法操作復(fù)雜，需要人力投入多，停井時(shí)間長，各種工機(jī)具使用量大，經(jīng)濟(jì)效益差。同時(shí)，油井的工況變化較大，隨機(jī)性強(qiáng)，調(diào)整平衡的工作需要頻繁進(jìn)行。

3.2 使用同步電機(jī)，進(jìn)行設(shè)備節(jié)能

同步電機(jī)較異步電機(jī)比，具有一定的性能優(yōu)勢。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高，不適合大量使用。同時(shí)在野外長期運(yùn)行，磁鐵失磁損壞較快，更換成本更是得不償失。

3.3 調(diào)整沖次和沖程，進(jìn)行工藝節(jié)能

隨原油供液量的變化，只有通過動態(tài)調(diào)整抽油機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即改變沖次的方法（一般是降低沖次），改善泵內(nèi)的原油充滿度，減少空抽，減少無用做功，提高抽取效率，增加原油產(chǎn)量，同時(shí)節(jié)約電能。

抽油機(jī)的沖程頻次都是可以通過機(jī)械的方法調(diào)整，主要是靠變更傳動輪的直徑、改變傳動比來實(shí)現(xiàn)；但是，一旦調(diào)整好了以后，是不大可能經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整的，并且通過皮帶輪直徑調(diào)整頻次的方法也是有級的，不能動態(tài)適應(yīng)油井負(fù)荷的需要。

引入變頻器控制后，一般采用變頻調(diào)速技術(shù)，靠改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。

3.4 變頻節(jié)能技術(shù)

變頻節(jié)能主要是使用變頻器降頻運(yùn)行節(jié)電的原理，降低抽油機(jī)的沖次，使電機(jī)運(yùn)行在較低的轉(zhuǎn)速下，實(shí)現(xiàn)部分節(jié)能。

在油井產(chǎn)量較小，適于做降沖次工藝節(jié)能的油井上，使用變頻技術(shù)節(jié)能，可以較好地削除由于供油不足造成的空抽、半抽產(chǎn)生的電能浪費(fèi)。但在供油充分的油井上，或者是供油量變化較大的油井上，會造成抽油次數(shù)少而減少產(chǎn)量，總體是也不一定合算是。

因此，變頻節(jié)能技術(shù)在抽油機(jī)上使用，并不是最佳選擇。

4 自適應(yīng)節(jié)電技術(shù)在抽油機(jī)上的應(yīng)用

YAMADA抽油機(jī)專用自適應(yīng)節(jié)電控制系統(tǒng)以YAMADA自適應(yīng)控制器為核心控制單元，專門為抽油機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)能增效、使用簡便、安全穩(wěn)定。采用該系統(tǒng)控制的抽油機(jī)系統(tǒng)有以下幾個好處：

（1）具有YAMADA自適應(yīng)負(fù)載隨動技術(shù)的優(yōu)越性能，在運(yùn)行時(shí)隨油泵內(nèi)油量（負(fù)載）變動自適應(yīng)控制電機(jī)輸出功率，徹底解決 ”大馬拉小車” 設(shè)計(jì)帶來的節(jié)電難題，高效節(jié)電15-30%以上。

（2）節(jié)約95%以上的無功功率，提高電源質(zhì)量和效率，運(yùn)行功率因數(shù)0.9以上。

（3）安裝后，可不降低沖次（50Hz恒速），以自適應(yīng)節(jié)能方式運(yùn)行， 僅設(shè)備節(jié)能效果可達(dá)10-30%以上。（在油井上的實(shí)際電能表計(jì)量節(jié)電效率達(dá)38.9%以上）。

（4）也可配合工藝需要，進(jìn)行在線工藝節(jié)能（不停機(jī)調(diào)整沖次，自適應(yīng)節(jié)電，輕轉(zhuǎn)旋扭即可實(shí)現(xiàn)），可在設(shè)備節(jié)能的基礎(chǔ)上，再提高5-30%的節(jié)能效率，并顯著提高工藝調(diào)整作業(yè)效率，提高原油產(chǎn)量。（在四廠驗(yàn)證其工藝節(jié)能效率高于進(jìn)口抽油機(jī)專用節(jié)電系統(tǒng)：25Hz運(yùn)行時(shí)，節(jié)能效率更提高0.2-3%）。

（5）安裝使用方便：可不對抽油機(jī)現(xiàn)工況的機(jī)械部分做任何改動，節(jié)約大量人力和器械投入；“三步啟停控制”，使用操作簡單。

（6）停機(jī)工時(shí)少：安裝停機(jī)約15-60分鐘，節(jié)約大量的工藝時(shí)間和產(chǎn)量損失。（停機(jī)時(shí)間對產(chǎn)量和油井的影響至關(guān)重要，抽油機(jī)做工藝調(diào)整改動機(jī)械部分的投入也是非常大的）。

（7）專為抽油機(jī)配置能量回饋節(jié)電功能，克服并吸收反電勢（反發(fā)電），再提高節(jié)能效率1-5%。

（8）降低電機(jī)噪音和振動，保護(hù)電機(jī)；減少電機(jī)發(fā)熱，延長電機(jī)使用壽命。

（9）軟啟軟停，減少對電網(wǎng)和電機(jī)的沖擊，保護(hù)電機(jī)、減速機(jī)、抽油機(jī)，且穩(wěn)定電網(wǎng)；在電網(wǎng)波動時(shí)穩(wěn)定抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，穩(wěn)定原油產(chǎn)量。

（10）為油田采油設(shè)備節(jié)電控制配置柜內(nèi)溫度調(diào)節(jié)功能，適應(yīng)惡劣場所的環(huán)境溫度：-40～+50℃，適應(yīng)抽油機(jī)野外全天候長期運(yùn)行。

（11）適配油田抽油機(jī)用三相異步交流電動機(jī)，功率： 15～55KW。

（12）配置旁路功能，方便維護(hù)和檢修，確保油井安全運(yùn)行。

5 結(jié)束語

因此，抽油機(jī)節(jié)能，首選方案是采用YAMADA抽油機(jī)自適應(yīng)節(jié)電控制系統(tǒng)。治理此部分電源污染，可以有效地提高電源質(zhì)量，提高電能可利用性能，也是一種很好的節(jié)能。

作者單位

中國石油大港油田公司第二采油廠電力管理站 河北省滄州市 061103