郎爽（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

抽油機(jī)一體化節(jié)能裝置在薩北油田的應(yīng)用

郎爽（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

薩北油田進(jìn)入了高含水開發(fā)后期，油田開發(fā)能耗高、成本高，開發(fā)效益較差。作為主要耗能設(shè)備的抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)普遍存在負(fù)載率低的現(xiàn)象，平均功率僅為額定功率的30%，平均功率因數(shù)僅為0.14左右，加上油田點(diǎn)多面廣，竊電現(xiàn)象嚴(yán)重，進(jìn)一步增加了生產(chǎn)能耗。為了提高抽油機(jī)的節(jié)能效率，安裝了150套ZDC（G）抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)節(jié)能一體化拖動(dòng)裝置，成功地解決了機(jī)采系統(tǒng)能耗居高不下的難題，實(shí)現(xiàn)綜合節(jié)電16.42%，系統(tǒng)效率明顯提高。同時(shí)，有效地扼制了竊電現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)安全性，方便了現(xiàn)場(chǎng)管理。

抽油機(jī) 電動(dòng)機(jī) 一體化拖動(dòng)裝置 節(jié)能

引言

薩北油田抽油機(jī)井普遍采用游梁式抽油機(jī)，由于抽油機(jī)工作時(shí)為脈動(dòng)負(fù)荷和重負(fù)荷啟動(dòng)，它所配用的電動(dòng)機(jī)必須有較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；而目前普遍采用的與抽油機(jī)配套的Y系列電動(dòng)機(jī)由于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩偏低，配套時(shí)需提高電動(dòng)機(jī)容量以滿足啟動(dòng)的需要，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)安裝容量過大，使電動(dòng)機(jī)常常處于輕載運(yùn)行，由此造成電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中效率和功率因數(shù)都大大降低，損耗也明顯加大。

截至目前，全廠抽油機(jī)井2344口，平均裝機(jī)功率為40.3 kW，抽油機(jī)井設(shè)備匹配不合理，電動(dòng)機(jī)、配電箱無功耗損大，功率利用率低。測(cè)試表明，薩北油田抽油機(jī)井未采取節(jié)能措施的電動(dòng)機(jī)功率利用率只有23.7%，存在“大馬拉小車”問題，無功耗損大，影響系統(tǒng)效率的提高。有195臺(tái)常規(guī)電動(dòng)機(jī)使用時(shí)間長(zhǎng)，功率利用率低，需要進(jìn)行節(jié)能電動(dòng)機(jī)改造。

為了實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井運(yùn)行負(fù)載與電動(dòng)機(jī)輸出負(fù)載間的合理匹配，同時(shí)扼制竊電現(xiàn)象，實(shí)施抽油機(jī)一體化裝置節(jié)能技術(shù)改造，充分挖掘機(jī)采井舉升工藝潛力，確保抽汲設(shè)備高效低耗運(yùn)行，對(duì)于提高系統(tǒng)效率和節(jié)能降耗具有十分重要的意義[1]。

1 抽油機(jī)一體化裝置工作原理

電動(dòng)機(jī)具有兩個(gè)級(jí)別額定功率，轉(zhuǎn)子有兩組抽頭分別接到兩個(gè)交流接觸器上，其中一個(gè)交流接觸器接高功率抽頭，另一個(gè)交流接觸器接低功率抽頭，兩個(gè)交流接觸器實(shí)現(xiàn)互鎖，由控制器控制完成兩種功率間的自動(dòng)切換。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

電源接線同Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)相同，通電后電動(dòng)機(jī)以高功率啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)電流低于低功率運(yùn)行電流時(shí)，則通過控制器將電動(dòng)機(jī)切換到低功率狀態(tài)；當(dāng)電流升高到高于低功率運(yùn)行電流時(shí)，則切換到高功率狀態(tài)，以此避免“大馬拉小車”和過載運(yùn)行現(xiàn)象。

2 技術(shù)性能及技術(shù)參數(shù)

一體化拖動(dòng)裝置DFCJT由YCHD系列雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)和抽油機(jī)控制箱組成，雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)是為適應(yīng)游梁式抽油機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過載因素多、正常運(yùn)行負(fù)載低的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的新一代游梁式抽油機(jī)專用電動(dòng)機(jī)。該系列電動(dòng)機(jī)是電壓等級(jí)為380 V/50 Hz戶外型三相異步電動(dòng)機(jī)，采用了專用的電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)、安全控制柜，大大改善了電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行參數(shù)。

2.1 一體化拖動(dòng)裝置主要性能

◇NEMA設(shè)計(jì)：D（5%～8%轉(zhuǎn)差率）；

◇防護(hù)形式：IP23或IP44；

◇絕緣等級(jí)：F，滿載運(yùn)行溫升不超過105 K；

◇額定電壓：380 V/50 Hz三相；

◇工作定額：連續(xù)（S1），服務(wù)系數(shù)1.15；

◇允許全壓?jiǎn)?dòng)；

◇采用錐型軸伸，方便調(diào)參更換皮帶輪。

2.2 控制系統(tǒng)功能

1）具有缺相、過載、短路、過熱、浪涌過壓保護(hù)功能。

2）具有電流跟蹤指示、故障指示、故障記憶功能。

3）具有線路停電恢復(fù)供電后延時(shí)自啟動(dòng)功能。

4）具有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換功能（可通過轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換，亦可提供由接觸器控制轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換功能的控制箱）。

5）具有防盜功能。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2013年9月在150口抽油機(jī)井上現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施抽油機(jī)一體化裝置節(jié)能技術(shù)改造。電動(dòng)機(jī)更換后，抽油機(jī)啟動(dòng)正常，無啟動(dòng)黏滯狀態(tài)，沒有因負(fù)載重而啟動(dòng)不了現(xiàn)象。運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行正常，抽油機(jī)無丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象，電參數(shù)正常。同時(shí)有效扼制了竊電現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)安全性，方便了現(xiàn)場(chǎng)管理。

對(duì)該裝置應(yīng)用前后進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)比，平均有功節(jié)電率為11.53%，無功節(jié)電率為77.92%，單井日節(jié)電34.7 kWh，綜合節(jié)電率為16.42%，功率因數(shù)提高了0.425，系統(tǒng)效率提高了1.93%，預(yù)計(jì)年節(jié)電量190×104kWh。

表1 一體化拖動(dòng)裝置效果統(tǒng)計(jì)

4 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

4.1 直接效益

1）投入費(fèi)用。一體化拖動(dòng)裝置單價(jià)為2.4萬元/套，150口井總投資額為360萬元。

2）產(chǎn)出效益。2013年應(yīng)用一體化拖動(dòng)裝置150臺(tái)，平均單井日節(jié)電 34.7 kWh，節(jié)電率16.42%，預(yù)計(jì)年節(jié)電量達(dá)190×104kWh。電費(fèi)價(jià)格按0.574 7元/kWh計(jì)算，節(jié)電效益為109萬元。

3）投資回收期為3.3年。

4.2 間接效益

1）節(jié)約材料維修費(fèi)。由于一體化拖動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)具有較高的轉(zhuǎn)差率，由此減輕了減速箱的疲勞破壞，減少了打齒事故的發(fā)生。

2）節(jié)約作業(yè)費(fèi)用。一體化拖動(dòng)裝置在運(yùn)行中速度變化使抽油桿在重負(fù)荷時(shí)，最大限度地降低重載時(shí)運(yùn)行的加速度。由于桿柱和液柱的質(zhì)量與加速度的乘積為動(dòng)載荷，加速度的減小勢(shì)必降低懸點(diǎn)的動(dòng)負(fù)荷，使抽油桿上的應(yīng)力和應(yīng)力變化范圍減小，從而減少抽油桿的斷脫事故發(fā)生。

3）降低設(shè)備投資費(fèi)用。由于一體化拖動(dòng)裝置解決了與游梁式抽油機(jī)合理功率匹配，最大限度地降低了對(duì)供電系統(tǒng)的功率要求。

5 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

1）調(diào)參快速，適應(yīng)性強(qiáng)。該電動(dòng)機(jī)采用了雙速雙功率形式，通過簡(jiǎn)單地調(diào)整電動(dòng)機(jī)控制箱中的速度功率轉(zhuǎn)換開關(guān)，就可實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的運(yùn)行沖速調(diào)整，與以往幾人幾小時(shí)的工作相比，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率；同時(shí)，更能根據(jù)井下工況，靈活地調(diào)整抽油機(jī)的運(yùn)行沖速，根據(jù)油井調(diào)整驅(qū)動(dòng)功率降低損耗，達(dá)到節(jié)能目的。

2）節(jié)能效果顯著。一體化拖動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)是高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、高轉(zhuǎn)差率的節(jié)能電動(dòng)機(jī)。此種電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)特性軟，對(duì)系統(tǒng)機(jī)械沖擊小，啟動(dòng)扭矩大。通過在保持達(dá)到系統(tǒng)的機(jī)械需求的情況下，降低電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率，充分地解決了“大馬拉小車”的現(xiàn)象，降低了電動(dòng)機(jī)的負(fù)載損耗，提高了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，進(jìn)一步提高了節(jié)能效果。

3）故障點(diǎn)少，防盜性能好。一體化拖動(dòng)裝置采用了機(jī)電一體結(jié)構(gòu)，減少了中間供電環(huán)節(jié)，減少了可能發(fā)生故障的點(diǎn)，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性；同時(shí)，該裝置采用了防盜設(shè)計(jì)，配有專用鑰匙，提高了設(shè)備的防盜性能，對(duì)設(shè)備及電有可靠的防盜保護(hù)，加強(qiáng)了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

[1]王廬峰,高立新,隋紅.JNFQ系列抽油機(jī)節(jié)能、防竊一體化配電裝置[J].油氣田地面工程,2002(7):92-94.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.006

2015-03-26）

郎爽，2011年畢業(yè)于哈爾濱商業(yè)大學(xué)（德強(qiáng)商務(wù)學(xué)院），從事地面工程管理工作，E-mail：gjdd1228@sina.com，地址：黑龍江省大慶市大慶油田第三采油廠第二油礦采油十三隊(duì)，163113。