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(dòng)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(dòng)設(shè)備，在啟動(dòng)時(shí)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(dòng)轉(zhuǎn)矩及峰值電流等問題，必須設(shè)計(jì)大一級(jí)的電動(dòng)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(dòng)機(jī)的功率利用率低。針對(duì)這一問題，開展了抽油機(jī)井電動(dòng)機(jī)功率匹配技術(shù)研究，摸索出電動(dòng)機(jī)運(yùn)行規(guī)律，確定了電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算模型。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，有效降低了電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率，提高了電動(dòng)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(dòng)機(jī) 特性 功率利用率

目前，油田上使用的抽油機(jī)拖動(dòng)裝置主要以Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)為主，由于常規(guī)游梁式抽油機(jī)屬于帶負(fù)荷啟動(dòng)設(shè)備，在啟動(dòng)時(shí)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(shí)，考慮到抽油機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩及峰值電流等問題，必須設(shè)計(jì)大一級(jí)的電動(dòng)機(jī)，這樣雖然解決了抽油機(jī)的啟動(dòng)問題，但電動(dòng)機(jī)正常是在輕載狀態(tài)下運(yùn)行，從而降低了電動(dòng)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(dòng)機(jī)功率利用率是指電動(dòng)機(jī)輸出功率與電動(dòng)機(jī)額定功率之比，是反映電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率的重要指標(biāo)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2010年底，葡萄花油田共有803口抽油機(jī)井電動(dòng)機(jī)功率利用率低于20%。

1 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算方法的確定

對(duì)于抽油機(jī)井電動(dòng)機(jī)的合理匹配，應(yīng)在考慮啟動(dòng)及過載能力的前提下，根據(jù)產(chǎn)液及載荷的變化，對(duì)電動(dòng)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(dòng)機(jī)時(shí)必須滿足以下兩個(gè)條件[1]：

式中：

Pd——電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率需求，kW；

PN——選配電動(dòng)機(jī)的額定功率，kW；

Tmax——電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出扭矩，kN·m；

Tdmax——選配電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，kN·m。

條件（1）：

對(duì)于恒定負(fù)載的電動(dòng)機(jī)，裝置的輸出功率與傳動(dòng)效率之比就是所需電動(dòng)機(jī)的額定功率。而對(duì)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(dòng)抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)的電流也是周期變化的。由于電動(dòng)機(jī)內(nèi)的熱損失與電流的平方成正比，在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，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(dòng)越大，電流的均方根值也就越大，對(duì)電動(dòng)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(dòng)特性引起的軸扭矩波動(dòng)及電動(dòng)機(jī)電流波動(dòng)的影響系數(shù)，而抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電流的變化最大，因此通過啟動(dòng)電流可計(jì)算出周期載荷變化系數(shù)。

在設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)匹配裝機(jī)功率后抽油機(jī)能夠正常啟動(dòng)，同時(shí)要滿足電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出扭矩小于選配電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩。

2 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性

對(duì)于電動(dòng)機(jī)功率利用率的合理上限，首先應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的效率水平，其次是當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過大時(shí)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部損耗增加，電動(dòng)機(jī)無法滿足啟動(dòng)需求。常規(guī)Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)不過載時(shí)理論最大合理功率利用率為50%左右。當(dāng)電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率偏大時(shí)，電動(dòng)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(dòng)機(jī)效率與功率利用率變化曲線圖1中可知，對(duì)于常規(guī)Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，只有當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率利用率β＜20%時(shí)，效率才明顯下降，當(dāng)β＞20%時(shí)，電動(dòng)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(dòng)機(jī)功率過大的負(fù)載率界限為20%。此時(shí)，抽油機(jī)負(fù)載過輕或配置的電動(dòng)機(jī)功率過大，應(yīng)降低電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

以1#井為例：利用DZC-1型抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)多參數(shù)測(cè)試儀對(duì)電動(dòng)機(jī)功率調(diào)整前后的運(yùn)行特性進(jìn)行測(cè)試，電動(dòng)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(dòng)機(jī)功率利用率提高3.8個(gè)百分點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)綜合效率提高3.96個(gè)百分點(diǎn)。從測(cè)試結(jié)果看，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率有所提高，電動(dòng)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(yàn)效果對(duì)比

共現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(dòng)機(jī)功率利用率調(diào)高4個(gè)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(dòng)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(dòng)機(jī)的合理匹配是動(dòng)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(duì)于電動(dòng)機(jī)利用率小于20%的井，建議用普通電動(dòng)機(jī)進(jìn)行匹配；對(duì)于電動(dòng)機(jī)利用率大于20%的井建議用節(jié)能電動(dòng)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(jì)算模型，是以普通電動(dòng)機(jī)為對(duì)象進(jìn)行計(jì)算的，節(jié)能電動(dòng)機(jī)可以按相當(dāng)功率的普通電動(dòng)機(jī)計(jì)算，同時(shí)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(dòng)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(jí)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)