梁乃成（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

抽油機(jī)井電動機(jī)功率匹配方法探討

梁乃成（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

常規(guī)游梁式抽油機(jī)屬于帶負(fù)荷啟動設(shè)備，在啟動時所需的轉(zhuǎn)矩大，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所需的轉(zhuǎn)矩小，考慮到抽油機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩及峰值電流等問題，必須設(shè)計大一級的電動機(jī)，造成了游梁式抽油機(jī)的“大馬拉小車”問題，導(dǎo)致電動機(jī)的功率利用率低。針對這一問題，開展了抽油機(jī)井電動機(jī)功率匹配技術(shù)研究，摸索出電動機(jī)運(yùn)行規(guī)律，確定了電動機(jī)功率計算模型。通過現(xiàn)場調(diào)整，有效降低了電動機(jī)裝機(jī)功率，提高了電動機(jī)功率利用率和運(yùn)行效率，最終達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

抽油機(jī)井 電動機(jī) 特性 功率利用率

目前，油田上使用的抽油機(jī)拖動裝置主要以Y系列三相異步電動機(jī)為主，由于常規(guī)游梁式抽油機(jī)屬于帶負(fù)荷啟動設(shè)備，在啟動時所需的轉(zhuǎn)矩大，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所需的轉(zhuǎn)矩小，因此在實(shí)際投產(chǎn)時，考慮到抽油機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩及峰值電流等問題，必須設(shè)計大一級的電動機(jī)，這樣雖然解決了抽油機(jī)的啟動問題，但電動機(jī)正常是在輕載狀態(tài)下運(yùn)行，從而降低了電動機(jī)的運(yùn)行效率，增加了功率損耗，造成了抽油機(jī)的“大馬拉小車”問題。電動機(jī)功率利用率是指電動機(jī)輸出功率與電動機(jī)額定功率之比，是反映電動機(jī)運(yùn)行效率的重要指標(biāo)。根據(jù)統(tǒng)計，截至2010年底，葡萄花油田共有803口抽油機(jī)井電動機(jī)功率利用率低于20%。

1 電動機(jī)功率計算方法的確定

對于抽油機(jī)井電動機(jī)的合理匹配，應(yīng)在考慮啟動及過載能力的前提下，根據(jù)產(chǎn)液及載荷的變化，對電動機(jī)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能的目的。

在匹配電動機(jī)時必須滿足以下兩個條件[1]：

式中：

Pd——電動機(jī)實(shí)際功率需求，kW；

PN——選配電動機(jī)的額定功率，kW；

Tmax——電動機(jī)的實(shí)際輸出扭矩，kN·m；

Tdmax——選配電動機(jī)的輸出扭矩，kN·m。

條件（1）：

對于恒定負(fù)載的電動機(jī)，裝置的輸出功率與傳動效率之比就是所需電動機(jī)的額定功率。而對于抽油機(jī)井，其輸出功率（或扭矩）是周期變化的，因而驅(qū)動抽油機(jī)的電動機(jī)的電流也是周期變化的。由于電動機(jī)內(nèi)的熱損失與電流的平方成正比，在選擇電動機(jī)時，為了保證不超過允許的溫度，必須使均方根電流小于額定電流。輸出功率或扭矩的波動越大，電流的均方根值也就越大，對電動機(jī)額定功率的需求也就越高，所以，周期載荷系數(shù)CLF是考慮因抽油機(jī)運(yùn)動特性引起的軸扭矩波動及電動機(jī)電流波動的影響系數(shù)，而抽油機(jī)啟動時，電流的變化最大，因此通過啟動電流可計算出周期載荷變化系數(shù)。

在設(shè)計規(guī)定的工況下，常規(guī)游梁抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)值為1.8～2.2，異相型、下偏杠鈴型和調(diào)徑變距型等節(jié)能抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)值為1.15～1.25，摩擦換向和雙驢頭等高效節(jié)能抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)值為1.095～1.105[1]。

條件（2）：

為了保證電動機(jī)匹配裝機(jī)功率后抽油機(jī)能夠正常啟動，同時要滿足電動機(jī)的實(shí)際輸出扭矩小于選配電動機(jī)的輸出扭矩。

2 電動機(jī)運(yùn)行特性

對于電動機(jī)功率利用率的合理上限，首先應(yīng)考慮電動機(jī)的效率水平，其次是當(dāng)電動機(jī)負(fù)載過大時，電動機(jī)內(nèi)部損耗增加，電動機(jī)無法滿足啟動需求。常規(guī)Y系列三相異步電動機(jī)不過載時理論最大合理功率利用率為50%左右。當(dāng)電動機(jī)裝機(jī)功率偏大時，電動機(jī)熱損失和機(jī)械損失大，無效功率損失大，單耗高。從電動機(jī)效率與功率利用率變化曲線圖1中可知，對于常規(guī)Y系列三相異步電動機(jī)，只有當(dāng)電動機(jī)功率利用率β＜20%時，效率才明顯下降，當(dāng)β＞20%時，電動機(jī)效率不隨β增加而明顯增加，因此說明抽油機(jī)井負(fù)載過輕或配備電動機(jī)功率過大的負(fù)載率界限為20%。此時，抽油機(jī)負(fù)載過輕或配置的電動機(jī)功率過大，應(yīng)降低電動機(jī)的裝機(jī)功率。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

以1#井為例：利用DZC-1型抽油機(jī)電動機(jī)多參數(shù)測試儀對電動機(jī)功率調(diào)整前后的運(yùn)行特性進(jìn)行測試，電動機(jī)裝機(jī)功率下降18.9%，平均電流下降13.9%，有功節(jié)電率10.2%，電動機(jī)功率利用率提高3.8個百分點(diǎn)，電動機(jī)綜合效率提高3.96個百分點(diǎn)。從測試結(jié)果看，電動機(jī)運(yùn)行效率有所提高，電動機(jī)耗電量下降明顯。1#井調(diào)整前后有功功率變化情況見圖1、圖2。

表1 試驗效果對比

共現(xiàn)場試驗50口井，調(diào)整后平均單井裝機(jī)功率下降10.1 kW，平均單井電動機(jī)功率利用率調(diào)高4個百分點(diǎn)，平均單井日節(jié)電24 kWh。

4 結(jié)論

1）在抽油機(jī)井節(jié)能工作中，地面系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)該以電動機(jī)合理匹配為主，這里投入費(fèi)用不是很大，但是節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益很顯著。

2）電動機(jī)的合理匹配是動態(tài)的匹配，產(chǎn)液的調(diào)整、隨著抽汲參數(shù)的變化而選擇合理裝機(jī)功率。對于電動機(jī)利用率小于20%的井，建議用普通電動機(jī)進(jìn)行匹配；對于電動機(jī)利用率大于20%的井建議用節(jié)能電動機(jī)進(jìn)行匹配。

3）目前建立的抽油機(jī)井合理裝機(jī)功率計算模型，是以普通電動機(jī)為對象進(jìn)行計算的，節(jié)能電動機(jī)可以按相當(dāng)功率的普通電動機(jī)計算，同時考慮一定的裕量，今后還可在推廣應(yīng)用中進(jìn)一步完善。

[1]高艷秋,于永波,高桂紅.抽油機(jī)井用電動機(jī)選配方法[J].油氣田地面工程,2006,25(11).

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.009

梁乃成，1991年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，碩士研究生，高級工程師，研究方向：采油工程，E-mail：liangnc@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大同區(qū)第七采油廠技術(shù)發(fā)展部，163517。

2011-11-08)