陳溪（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

抽油機(jī)井電動機(jī)匹配功率裕量分析

陳溪（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

針對抽油機(jī)井電動機(jī)匹配后由于動態(tài)的變化，導(dǎo)致部分井功率裕量偏小的問題，從電流、載荷變化幅度情況、以及上產(chǎn)調(diào)參方面進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，通過建立匹配計(jì)算模型，根據(jù)載荷變化幅度計(jì)算需要增加的功率裕量，從而使電動機(jī)匹配功率更加合理，使所匹配的電動機(jī)既能滿足生產(chǎn)的需要，同時(shí)達(dá)到降低能耗，降低采油成本的目的，可有效提高油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。

抽油機(jī)井 電動機(jī)功率匹配 合理裕量

喇嘛甸油田進(jìn)入高含水后期開發(fā)階段，由于水驅(qū)和聚驅(qū)開發(fā)工作的深入調(diào)整。地下動態(tài)變化幅度較大，油井生產(chǎn)動態(tài)也相應(yīng)變化，抽油機(jī)運(yùn)行負(fù)荷降低，原來設(shè)計(jì)的電動機(jī)功率偏大，根據(jù)現(xiàn)場測試情況統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在使用的55kW的電動機(jī)，正常運(yùn)行功率小于20kW功率利用率為18.26%，有82%的抽油機(jī)井功率因數(shù)在0.4左右，大容量電動機(jī)驅(qū)動較輕的負(fù)載，勢必造成電能的浪費(fèi)，增加采油的成本。因此，對抽油機(jī)井電動機(jī)進(jìn)行合理匹配，以此降低能耗具有重要意義，同時(shí)為滿足上產(chǎn)、調(diào)參的需要，因此開展了電動機(jī)匹配功率裕量分析，從而更好地開展電動機(jī)合理匹配工作。

1 電動機(jī)匹配合理裕量分析

抽油機(jī)井在正常生產(chǎn)過程中由于油管結(jié)蠟、抽油桿偏磨、不平衡等因素造成負(fù)荷增加，還有低含水井今后提高產(chǎn)液等因素都會使抽油機(jī)井負(fù)荷增加。電動機(jī)匹配計(jì)算功率時(shí)，是根據(jù)抽油機(jī)井正常生產(chǎn)時(shí)的示功圖數(shù)據(jù)來計(jì)算的，所計(jì)算出的電動機(jī)功率是平均運(yùn)行功率，數(shù)值較小，為使匹配的電動機(jī)功率比較合理，需增加一定的裕量來解決以上問題，使匹配的電動機(jī)既能滿足正常生產(chǎn)以及上產(chǎn)需要的同時(shí)，盡量降低能耗。

電動機(jī)匹配計(jì)算模型：

如果把抽油機(jī)光桿載荷與電動機(jī)輸出功率看成是一種線形關(guān)系，就可以建立如下數(shù)學(xué)模

式中：

Pd——電動機(jī)實(shí)際功率需求，kW；

CLF——曲柄軸上周期載荷系數(shù)；

E——實(shí)際平均效率；

Pr——懸點(diǎn)處的光桿功率，kW；

η——從電動機(jī)軸到懸繩器的平均效率；

A——功圖面積，mm2；

Sd——減程比，m/mm；

Fd——力比，N/mm；

N——沖速，min-1；

Ie——均方根電流，A；

Im——平均電流，A；

Ii——對應(yīng)每個(gè)曲柄轉(zhuǎn)角啟動電流，A。

2 正常生產(chǎn)過程中的功率裕量分析

對正常生產(chǎn)過程中的裕量，從兩個(gè)方面進(jìn)行分析，一是抽油機(jī)井負(fù)荷變化情況；二是抽油機(jī)井電流變化情況。

2.1 負(fù)荷變化情況統(tǒng)計(jì)分析

為了研究抽油機(jī)井在正常生產(chǎn)過程中負(fù)荷的變化情況，對50口抽油機(jī)井一個(gè)洗井周期內(nèi)的負(fù)荷數(shù)據(jù)變化情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)、分析，平均負(fù)荷變化曲線函數(shù)為Y=0.0034ln(X)+0.24，即：抽油機(jī)井在正常生產(chǎn)過程中平均負(fù)荷變化幅度約為24%。其平均負(fù)荷變化幅度見圖1。

圖1 平均負(fù)荷變化散點(diǎn)圖

2.2 電流變化情況統(tǒng)計(jì)分析

抽油機(jī)井正常生產(chǎn)過程中負(fù)荷變化勢必造成電動機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流發(fā)生變化，為分析電流的變化情況，對50口抽油機(jī)井的電流變化情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，經(jīng)分析得電流變化曲線函數(shù)為：Y=0.0071 ln(X)+0.27，即：正常生產(chǎn)過程中電流的變化幅度約為27%。電流變化幅度見圖2。

圖2 電流變化幅度散點(diǎn)圖

根據(jù)公式（1）（2）（3）計(jì)算負(fù)荷、電流變化裕量分別為2.66kW、2.98kW，由計(jì)算數(shù)據(jù)分析可知，對同一口井，用電流的變化幅度和用平均負(fù)荷的變化幅度進(jìn)行裕量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果比較接近。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算時(shí)利用到光桿功率、周期載荷系數(shù)、傳動效率等實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，考慮的因素比較多，且是實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)；電流是負(fù)荷變化情況的反映，如果該井裝有節(jié)能控制箱，則電流顯示數(shù)值較小，計(jì)算結(jié)果也就較小，理論和實(shí)際就相差較大，所以利用電流變化幅度計(jì)算的結(jié)果不如用負(fù)荷變化幅度計(jì)算的結(jié)果更準(zhǔn)確。

2.3 上產(chǎn)調(diào)參時(shí)的功率裕量分析

2.3.1 含水在95%以上的油井

由于含水比較高，這樣的抽油機(jī)井產(chǎn)能比較低，一般不再進(jìn)行上調(diào)參，因?yàn)闆]有經(jīng)濟(jì)效益可再提高。對這樣的抽油機(jī)井進(jìn)行電動機(jī)匹配時(shí)不需要留有太多的裕量，以免能耗的增加。

2.3.2 含水在95%以下的油井

對于含水在95%以下的抽油機(jī)井，含水相對低些，產(chǎn)能也相對比較高，根據(jù)需要可進(jìn)行提高產(chǎn)液。提高產(chǎn)液一般是通過以下三種方式：提高沖速；加大沖程；換大泵。

1）沖速調(diào)整分析。為提高產(chǎn)液進(jìn)行提高沖速，沖速增加則會導(dǎo)致負(fù)荷增加，所需電動機(jī)的功率也將增加，為此在電動機(jī)匹配時(shí)需留有一定的裕量。沖速的提高應(yīng)根據(jù)該抽油機(jī)井動液面的情況，地下流壓的變化情況，以及抽油機(jī)允許的最大扭矩等因素來確定，再就是從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，由于沖速提高能耗增加，設(shè)備磨損嚴(yán)重，斷桿及檢泵率加大，縮短了抽油桿，油管以及井下工具的使用壽命。具體提高幾次應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行預(yù)產(chǎn)，通過公式：Q/η=K×N×S計(jì)算來確定。

由于沖速的提高使抽油機(jī)負(fù)荷增加，扭矩增加，利用公式計(jì)算出最大、最小懸點(diǎn)載荷以及最大扭矩，最后求出所需增加的功率。

根據(jù)公式可以計(jì)算出功率裕量：

式中：

Wr——抽油桿在液柱中的重力令其等于抽油桿在下沖程作用在懸點(diǎn)的載荷，kN；

Wl——油管內(nèi)柱塞以上液體重力，kN；

S——沖程，m。

2）沖程調(diào)整分析。加大沖程使產(chǎn)液增加，抽油機(jī)井的負(fù)荷增加也隨之增加，為了使匹配的電動機(jī)功率滿足正常調(diào)參的需要，需增加的裕量可以根據(jù)公式（4）（5）（6）（7）進(jìn)行計(jì)算。具體匹配時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況決定是否留出裕量，當(dāng)該抽油機(jī)井已經(jīng)在最大沖程位置了，匹配電動機(jī)時(shí)不需為沖程留有裕量功率。

3）泵型調(diào)整分析。對于動液面比較淺，而且含水比較低，產(chǎn)能較高的抽油機(jī)井，當(dāng)提高沖速以及加大沖程動液面都變化較小，可以通過換大泵提高排量，具體功率裕量可以根據(jù)公式（4）（5）（6）（7）進(jìn)行計(jì)算。

3 抽油機(jī)啟動裕量分析

由于電動機(jī)種類、系列不同，其性能也有較大的差異，對其啟動時(shí)留有的功率裕量也就不同，對于不同機(jī)型的抽油機(jī)來說，其靜扭矩也不相同，需要的啟動功率也就不同。經(jīng)統(tǒng)計(jì)全廠抽油機(jī)機(jī)型主要有CYJ10型、CYJ11型、CYJ14型的。電動機(jī)主要有YCY系列的、Y系列的以及永磁的。

電動機(jī)啟動時(shí)需克服較大的靜扭矩，由于扭矩隨曲柄角度變化，比較復(fù)雜，計(jì)算比較困難，因此對近年來電動機(jī)匹配的抽油機(jī)井進(jìn)行了部分統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)理論分析，給出了電動機(jī)啟動時(shí)所需功率裕量，見表1。

表1 電動機(jī)啟動裕量數(shù)值

4 裕量分析計(jì)算

根據(jù)以上分析可知，在不同情況下需要增加的裕量為：電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率與增加幅度的乘積，即為所需要增加的功率裕量。以抽油機(jī)井8-2501為例。該井正常運(yùn)行時(shí)實(shí)際需求功率為11.08kW。

1）負(fù)荷變化裕量。

2）參數(shù)調(diào)整裕量。該抽油機(jī)井機(jī)型為：CYJ10-3-53HB，泵徑為83的，泵掛為956.7m，動液面為874.9m，利用其示功圖數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，原來沖速為8min-1，若該井沖速還可以再提高1次，經(jīng)計(jì)算得：電動機(jī)功率為3.19kW，則在電動機(jī)匹配時(shí)需增加的裕量約為3.19kW。實(shí)際上該抽油機(jī)井動液面已經(jīng)很深不能再增加沖速了，也就是不需再為沖速留有功率裕量。

3）啟動功率裕量為8kW。該抽油機(jī)井匹配時(shí)的功率裕量為：

裝機(jī)功率為：P=11.08+10.66=21.74kW，按計(jì)算結(jié)果我們現(xiàn)場匹配了22kW，見表2。

表2 安裝前后效果比較

根據(jù)以上分析研究結(jié)果，現(xiàn)場進(jìn)行了抽油機(jī)井電動機(jī)合理匹配355口井，實(shí)施后平均單井裝機(jī)功率下降了24kW，有功功率降低了1.21kW，實(shí)現(xiàn)單井日節(jié)電29.04kWh，取得了較好的實(shí)施效果。

5 結(jié)論及認(rèn)識

1）抽油機(jī)電動機(jī)功率的選擇必須根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行合理匹配，這樣才可更好地改變目前裝機(jī)功率偏大，能耗成本高的現(xiàn)狀。

2）抽油機(jī)電動機(jī)功率的選擇在滿足正常生產(chǎn)需要的同時(shí)，還應(yīng)考慮以后上產(chǎn)的需要，應(yīng)留有一定的功率裕量。

3）利用扭矩、負(fù)荷的變化可較為準(zhǔn)確地計(jì)算裝機(jī)功率。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.07.019

2012-05-18）

陳溪，1997年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，從事機(jī)采井及電氣設(shè)備管理工作，E-mail：chenxi16@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田第六采油廠第二油礦機(jī)關(guān)，163000。