節能技術探索與應用

高榮華，羅改芬，鄒立萍

節能技術探索與應用

高榮華1，羅改芬2，鄒立萍2

（1. 延長油田股份有限公司七里村采油廠，陜西 延安 716000；2. 延長油田股份有限公司勘探開發技術研究中心，陜西 延安 716000）

抽油機作為采油的主要設備，一直擔負著原油開采的主要任務。但由于油田開采是滾動開發，在生產設計之初，對抽油機所用的電力系統的設計，一般選擇配電變壓器容量過大，而抽油機主轉動電機功率偏小，即出現“大馬拉小車”的現象，導致運行極不經濟，電能損耗大、平均功率低的問題長期存在。為保證電力網絡運行的經濟性，達到節能高效的目的，本文從電機節能技術原理及應用情況入手，評價出適合延長油田低產井的高效節能電機，為油田更好地降本增效提供科學依據。

節能； 電機； 降本增效

延長油田油井電機多為常規的4級和6級電機，轉速多數為1 440 r/min，調配的沖次偏大（平均在6～8次/分）。油田已進入二次采油時代，隨著油井工作時間的增加，地層壓力下降導致供液不足，所測的示功圖呈現“刀把狀”，動液面呈下降趨勢，產液量也逐漸減少。但是抽油機工作制度未能隨著油井產液量工作負荷的減少而進行適時調整，電機的運行也沒有在額定載荷下運行，很大一部分電機的負荷偏輕，未能在最佳載荷下運行。據部分采油廠調研時發現，有18.1%的電機運行時，它的載荷只用了額定載荷的75%；35.6%的電機運行時負載占50%~75%；46.3%的電機運行時負載只占用了額定載荷的49%以下?！按篑R拉小車”的現象很嚴重，這樣就使得整個抽油機地面系統效率大大降低，從而降低機采系統效率水平，導致電能浪費嚴重，電機運行效率下降，功率因數也不能達到要求，無形中加大了生產成本，這與我們公司倡導的綠色環保節能高效的理念背道而馳。普通游梁式抽油機是一個四連桿機構，啟動初期，載荷較大，隨著載荷的增大，到達下死點，卸載，還會產生向上的液柱載荷，驢頭處的懸點載荷是交變的，這就導致電機在運行時電流、功率、功率因數隨著驢頭處的載荷變化而變化，為了解決抽油機在啟動初期較大的靜載力矩，一般采取的是在普通的Y系列電機上加大容量，但是這很容易造成了“大馬拉小車”現象。為解決這一問題，應用了永磁同步電動機、二級減速控制裝置、變頻控制裝置等節能技術。

1 二級減速裝置

該技術是在不改變現抽油機結構方式情況下，以純機械的方式調整抽油機沖次，探索清潔綠色的節能技術。

在電機和皮帶輪之間增加二級減速裝置，即可將抽油機的沖次降低1~3倍，以適應不同低滲透、超低滲透油田的技術需要。整機的齒輪采用硬齒面漸開線齒形的螺旋設計，運轉平穩、耐磨、耐沖擊、壽命長；采用簡單可靠的頂壓機構連接，確保皮帶傳動的穩定、可靠，環境適應性好。通過二級減速裝置降低抽油機電機的轉速，從而降低抽油機的沖次，減少桿管偏磨次數，提高電機功率和抽油泵的充盈率，可大大減降低油管和抽油桿偏磨損傷的速率，降低油井作業成本，達到節能降耗的目的。

選取永寧采油廠為試驗井，井深1 200~1 500米，替換為7.5 kW的二級減速電機，結合選井原則及吳起采油廠的采油現狀，將該廠原來的電機替換為11 kW的二級減速電機，安裝后油井節電效果明顯。永寧采油廠試驗井平均日節電量為25.5千瓦時，節電率達到31.4%；吳起采油廠試驗井平均日節電量為36.8千瓦時，節電率達到27.9%。吳起采油廠試驗井較永寧采油廠油井偏深，節電量更明顯。在同等抽油環境下，將原來的普通電機替換為二級減速電機，油井產液量正常，油井沖次降到3次/min左右，油井節電效果十分明顯。

2 稀土永磁電機

普通的電機是利用通電線圈(也就是定子繞組)產生旋轉磁場并作用于轉子(如鼠籠式閉合鋁框)形成磁電動力旋轉扭矩。稀土永磁同步電機是用釹鐵硼材料的永磁體代替定子繞組的勵磁電流進行勵磁。穩態情況下，定子旋轉磁場與永磁體建立的主極磁場保持相對靜止，主極磁場隨著旋轉磁場同步轉動，與轉子轉速同步，它們之間相互作用產生電磁轉矩[2]。其工效和功率因數要比一般異步電機更高，而且還省電，自身機械特性較硬，運行過程中無轉速差異。稀土永磁材料的發展分為三個階段，第一代是美國道爾頓Strnat教授發現的釤鈷永磁材料，化學式為RCo5；第二代稀土永磁材料，其化學式為R2Co17；第三代稀土永磁材料釹鐵硼，化學式NdFeB，其磁性能高于其他永磁材料，價格低于稀土鈷永磁材料。

在長慶油田第一采油廠杏河作業區選取兩口試驗井，測試稀土永磁同步電動機RSM160L-6性能，結果表明該稀土永磁同步電動機可以替代比它大一個規格的三相異步電動機，并且節能效果顯著，具有巨大的應用價值。

3 變頻調參技術

油井開發一段時間后，會出現地層供液能力不足的情況，當抽油機下沖程時，電機負荷由大變小，當抽油機上沖程時，電機負荷由大變小，呈正弦變化趨勢，通過變頻調參技術，可根據采油速度調整電動機的轉速，當油層供液不足時，降低電機轉速，減少耗電量；當油層供液能力較強時，提高電機轉速，增加產油量，這樣可以適時調整電機轉速，提高生產效率。使用變頻調速后有以下幾方面的好處：

（1）變頻調速后，可根據日常產液量、泵徑推算出合適的工作頻率；

（2）變頻調速后，抽油機可以實現平穩啟動，降低對地面采油設備的沖擊，延長使用壽命，無形中也是節約了生產成本；

（3）功率因數、地面系統效率大幅提升。地面系統效率可由原來的 3.6~4.1 提高到5.2以上，最大可能的降低無功功率，從而使得功率因數大大提高，進而降低電網壓力，提高供電安全水平[3]。

選取延長油田永寧采油廠雙河區塊168口油井作為試驗井，采用變頻儲能調速技術后，功率因數均值由0.312提高為0.98，降低了無功功耗和啟動初期的對電機、電網設備、抽油機及井下管柱等設備沖擊，達到了節能降耗的目的[4]。

4 結 論

以油井現有生產能力以及充分考慮將來油井產量進一步變化為前提，即保證充分滿足油井生產需要，又能最大限度實現中長期的節能增效，進一步降低生產運行成本，在充分調研、科學分析、實驗應用的基礎上，試驗二級減速電機、稀土永磁電機、變頻調參技術等各類節能電機，均能做到生產節能高效兩不誤，實現百年油田長期科學可持續性發展的要求。

［1］薄保中，蘇彥民，謝力華，等.抽油機用稀土永磁同步電動機的研制[J].微電機，2000，33(5):48-49+53.

［2］曹志彤，馬雷.稀土永磁同步電動機參數與高節能的相關性研究[J].中國電機工程學報，1994，14(1):61-66．

［3］鐘平，李正平，黃建輝，等.抽油機井高效節能技術[J].國外油田工程，2000,(2):32-35.

［4］余西洲，馮福本.對抽油機發展的看法和建議[J].石油機械，1996，24（增刊）:140-144.

Exploration and Application of Motor Energy Saving Technology

1,2,2

（1. Yanchang Oilfield Co., Ltd. Qilicun Oil Production Plant, Shaanxi Yan’an 716000, China; 2. Yanchang Oilfield Co., Ltd. Exploration and Development Research Center, Shaanxi Yan’an 716000, China）

As the main equipment of oil production, the pumping unit has been shouldering the main task of oil production. But as a result of oil field exploitation is rolling development, at the beginning of the production design, in the design of the electric power system for pumping unit, generally chosen distribution transformer capacity is too big, and the motor power of pumping unit is small, the mismatching phenomenon causes high cost, the power loss is big, the problem of low average power factor exists for a long time. In order to ensure the operation economy of power network, achieve the goal of energy saving, starting from the principle and application of motor energy saving technology, high efficiency and energy saving motor was screened out, providing a scientific basis for cost reducing and efficiency increasing of oil fields.

energy saving; motor; cost reducing and efficiency increasing

2019-09-10

高榮華(1987-)，男，工程師，碩士，陜西省延安市人，2015年畢業于西安石油大學油氣田開發專業，從事注水開發工作。

羅改芬(1988-)，女，工程師，碩士，從事機械采油工作。

TM305

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1004-0935（2020）01-0062-03