陳津剛 向軍 鄧秀珍

（大港油田公司 天津 300280）

1 問題的提出

目前，大港油田大部分區(qū)塊已進(jìn)入開發(fā)后期，資源接替不足，含水上升，綜合含水率已達(dá)90%以上。根據(jù)大港油田公司油氣生產(chǎn)建設(shè)規(guī)劃，“十二五”期間，生產(chǎn)井?dāng)?shù)量、產(chǎn)液量、注水量均逐年增加，年均增幅均將高于同期原油產(chǎn)量增幅，將使天然氣、原油和電力消耗總量上升，為此只有采取技術(shù)改造、加強(qiáng)生產(chǎn)運行管理等措施，才有可能控制能耗和單耗增幅。

2 機(jī)采系統(tǒng)用電設(shè)備現(xiàn)狀及問題

大港油田主要用能設(shè)備中涉及淘汰型需要更新改造設(shè)備主要是拖動電機(jī)，高耗能設(shè)備主要集中在抽油機(jī)、電泵井等設(shè)備。

2.1 拖動電機(jī)

近年來，大港油田各個系統(tǒng)電機(jī)經(jīng)歷了持續(xù)的更新改造，尤其是機(jī)采系統(tǒng)，針對數(shù)量眾多的抽油機(jī)拖動裝置，先后應(yīng)用了雙速、永磁同步、高轉(zhuǎn)差等節(jié)能電機(jī)，相比較Y系列普通電機(jī)而言，其運行效率、運行功率因數(shù)等均有了明顯提高，節(jié)電效果明顯。

2.2 抽油機(jī)

大港油田目前應(yīng)用最多的是游梁式抽油機(jī)，其中，常規(guī)游梁式還有很多，這部分抽油機(jī)應(yīng)用較早，往往運行時間長，老化問題嚴(yán)重，而且結(jié)構(gòu)性能較落后，整體能耗高。此外，隨著大港油田逐步進(jìn)入開發(fā)后期，長沖程、低沖次的機(jī)采方式具有良好的適應(yīng)性和優(yōu)勢，而此類設(shè)備其結(jié)構(gòu)特點，制約了參數(shù)調(diào)整需要。

2.3 采油電泵

電泵井具有排量大，揚程高的特點，且在大斜度井和水平井中具有不可替代的優(yōu)勢。但存在的主要問題是產(chǎn)液≤70m3/d的電泵機(jī)組仍占總數(shù)的23%，其裝備的電機(jī)平均功率為50.8kw，功率偏大，負(fù)荷率低，“大馬拉小車”的情況比較突出，不僅影響了電機(jī)的性能，而且造成了能源上的浪費。

3 近些年采用主要節(jié)能技術(shù)

近年來，大港油田機(jī)采系統(tǒng)推廣應(yīng)用永磁電機(jī)514臺，超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)372臺，雙功率電機(jī)342臺，1.14 kV防盜變壓器/電機(jī)355套，抽油機(jī)變頻裝置380套，復(fù)式永磁電機(jī)抽油機(jī)14臺，往復(fù)式潛油電泵11臺。

3.1 拖動電機(jī)節(jié)能技術(shù)

3.1.1 高轉(zhuǎn)差電機(jī)

高轉(zhuǎn)差電機(jī)結(jié)構(gòu)與普通的籠型感應(yīng)電動機(jī)幾乎完全一樣，只是高轉(zhuǎn)差電機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用電阻率較大的鋁合金材料做成，因此轉(zhuǎn)子電阻較一般異步電機(jī)大，其機(jī)械特性與異步電動機(jī)有明顯區(qū)別。

3.1.2 開關(guān)磁阻電機(jī)

開關(guān)磁阻電動機(jī)（SRM）是定子、轉(zhuǎn)子雙凸極可變磁阻電動機(jī)。定子、轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊壓而成，其突出的優(yōu)點是定子上只有幾個集中繞組，轉(zhuǎn)子上無任何形式的繞組，機(jī)械效率高，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速性能好。具有系統(tǒng)效率高、調(diào)速范圍寬、高啟動轉(zhuǎn)矩，低啟動電流、過載能力強(qiáng)等優(yōu)點。

3.1.3 永磁電動機(jī)

永磁電動機(jī)既具有交流電動機(jī)的無電刷結(jié)構(gòu)、運行可靠等優(yōu)點,又具有直流電動機(jī)的調(diào)速性能好的優(yōu)點,且無需勵磁繞組。按其驅(qū)動系統(tǒng)可以分為無刷直流電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)。無刷直流電動機(jī)具有轉(zhuǎn)矩大、功率密度高、位置檢測和控制方法簡單的優(yōu)點,但是由于換相電流很難達(dá)到理想狀態(tài),因此會造成轉(zhuǎn)矩脈動、振動噪聲等問題，因而在抽油機(jī)應(yīng)用還處于試驗階段，應(yīng)用較少。

稀土永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)同樣由定子與轉(zhuǎn)子組成，不同的是在轉(zhuǎn)子鼠籠條內(nèi)嵌入了稀土永磁鋼，使勵磁由原來依靠定子邊勵磁變?yōu)橛赊D(zhuǎn)子邊稀土永磁鋼勵磁，變異步電機(jī)為同步電機(jī)。因此,定子邊勵磁電流大量減少,轉(zhuǎn)子邊的銅、鐵損耗亦大量減少,大幅度提高了功率因數(shù)與效率,降低了電機(jī)的溫升和配電設(shè)備的容量。

3.2 抽油機(jī)的節(jié)能改造及節(jié)能新技術(shù)

3.2.1 下偏杠鈴游梁復(fù)合平衡抽油機(jī)

下偏杠鈴游梁復(fù)合平衡專利技術(shù)的特點是在常規(guī)抽油機(jī)游梁的尾部加裝了一個與游梁成一定角度的偏置配重，稱為下偏杠鈴。目前該型抽油機(jī)油井已在我油田普遍應(yīng)用。

3.2.2 復(fù)式永磁電機(jī)抽油機(jī)

該抽油機(jī)應(yīng)用了稀土永磁同步電機(jī)的技術(shù),及永磁同步電機(jī)專用變頻控制裝置,甩掉了傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)的減速、換向等復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，沖次降低為1-3次，沖程可達(dá)到7米以上（在規(guī)定范圍內(nèi)沖程、沖次無級可調(diào)），具有結(jié)構(gòu)簡單、提效增液、易操作、免維護(hù)、高效節(jié)能等良好性能。

3.2.3 低速大扭矩永磁電機(jī)曳引式抽油機(jī)

該抽油機(jī)從原理上與復(fù)式永磁抽油機(jī)相同，但結(jié)構(gòu)上將提引器和配重改為了動滑輪，從而電機(jī)配置上功率更小，是適用于超大載荷、長沖程、低沖次、自動化、智能化、節(jié)能、高適應(yīng)性的無游梁式抽油機(jī)。

3.3 井筒舉升節(jié)能技術(shù)

3.3.1小功率電泵電機(jī)節(jié)能技術(shù)

針對電泵機(jī)組能耗高的問題，為使電機(jī)的額定負(fù)載能力充分利用，減少功率損耗，通過對電泵葉輪加工技術(shù)的改進(jìn)，降低用電功率。技術(shù)改進(jìn)使單片葉輪的揚程由5m提高到6.3m，在滿足揚程要求的前提下，具有單節(jié)潛油電機(jī)長度縮短、配套電機(jī)功率減小、電機(jī)外徑縮小等優(yōu)點。同時小功率電機(jī)的額定電流較低，電機(jī)運行電流低，電纜電流也隨之下降。

3.3.2 無桿往復(fù)式直線電機(jī)采油技術(shù)

無桿往復(fù)式直線電機(jī)采油技術(shù)的采油方式類似于電泵，主要設(shè)備在井下，直流驅(qū)動，是將直線電機(jī)置以井筒內(nèi)，直線電機(jī)動子與上部柱塞抽油泵的推桿連接，利用電纜傳輸電能給直線電機(jī)，電機(jī)動子直接驅(qū)動柱塞式抽油泵，上下往復(fù)完成舉升運動，改變了抽油機(jī)在地面抽吸油液采油方式，采用直線電機(jī)作為主要驅(qū)動設(shè)備，效率高于電泵井的離心泵。

4 機(jī)采系統(tǒng)節(jié)電技術(shù)對比分析

4.1 拖動電機(jī)

4.1.1 高轉(zhuǎn)差電機(jī)和永磁同步電機(jī)

（1）應(yīng)用情況：

我們對油田超高轉(zhuǎn)差電機(jī)和永磁同步電機(jī)運行情況進(jìn)行了測試，測試結(jié)果表明，起動性能方面，超高轉(zhuǎn)差電機(jī)的起動性能最優(yōu)，節(jié)能性方面永磁同步電機(jī)要優(yōu)于超高轉(zhuǎn)差電機(jī)，機(jī)械特性方面，超高轉(zhuǎn)差電機(jī)機(jī)械性能軟，能夠根據(jù)負(fù)載的大小調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，對減少油井慣性負(fù)荷和振動負(fù)荷有利。

（2）技術(shù)對比：見表4-1。

表4 -1超高轉(zhuǎn)差電機(jī)與永磁同步電機(jī)綜合對比分析

4.1.2 開關(guān)磁阻電機(jī)

目前應(yīng)用的開關(guān)磁阻電機(jī)運行穩(wěn)定，均可實現(xiàn)遠(yuǎn)程無級調(diào)速。節(jié)能檢測評價的測試數(shù)據(jù)與變頻器控制的電機(jī)數(shù)據(jù)也進(jìn)行了對比分析，在一定沖次范圍內(nèi)，開關(guān)磁阻電機(jī)極其調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能性要優(yōu)于變頻系統(tǒng)；在不需要低速運轉(zhuǎn)的抽油機(jī)中，開關(guān)磁阻電機(jī)節(jié)電不明顯或不節(jié)能，而在速度要求非常低的范圍內(nèi)，變頻器節(jié)能性反而具備一定優(yōu)勢。

4.2 節(jié)能抽油機(jī)

4.2.1 應(yīng)用情況

下偏杠鈴游梁復(fù)合平衡抽油機(jī)：節(jié)能檢測評價中心對120臺蘭州12型老式游梁抽油機(jī)進(jìn)行下偏杠鈴技術(shù)改造前后的測試結(jié)果表明，平均節(jié)電率在10%以上。

復(fù)式永磁電機(jī)抽油機(jī)：大港油田共試驗應(yīng)用了復(fù)式永磁電機(jī)抽油機(jī)14臺，經(jīng)檢測，在液量不變的情況下，平均節(jié)電25%。

低速大扭矩曳引式抽油機(jī)：近年來共試驗8口井，從已測得的試驗效果看，綜合節(jié)電率最高為40.9%，最低為6.81%，平均節(jié)電率為27.88%。

4.2.2 技術(shù)對比

表4 -2節(jié)能抽油機(jī)對比分析

4.3 井筒舉升節(jié)能技術(shù)

4.3.1 應(yīng)用情況

小功率電泵電機(jī)節(jié)能技術(shù)：現(xiàn)場試驗了15口井，產(chǎn)液單耗從15.76 KWH/M3下降到 14.1 KWH/M3，下降 1.66 KW.H/M3，日耗電從19371KWH下降到17343KWH，下降2028KWH，系統(tǒng)效率由28.08%升至32.89%，提高4.81%。

無桿往復(fù)式直線電機(jī)采油技術(shù)：大港油田在采油三廠、采油一廠先后開展了先導(dǎo)試驗，其中官72-50運行1年多，效果良好;紅16-43井試驗后，液面恢復(fù)（流壓由0.76MP恢復(fù)到1.42MPa），也顯示了較好應(yīng)用前景。

4.3.2 技術(shù)對比：見表4-3。

表4 -3井筒舉升節(jié)能技術(shù)對比分析

5 結(jié)論

通過以上技術(shù)分析，可得出以下結(jié)論：

(1)高轉(zhuǎn)差電機(jī)和永磁同步電機(jī)兩種節(jié)能電機(jī)的對比表明，并不存在哪種電機(jī)更優(yōu)的問題，應(yīng)根據(jù)不同負(fù)載情況選擇合適的電機(jī)；開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速范圍廣，適用于稠油井和低液量油井的降速運行。

(2)對游梁抽油機(jī)進(jìn)行下偏杠鈴改造或者在改造的同時進(jìn)行增程技術(shù)改造，投入低，見效快，適用于老式游梁式抽油機(jī)的節(jié)能改造；復(fù)式永磁電機(jī)抽油機(jī)投入大、回收期較長，但節(jié)電效果顯著，適用于替代使用20年以上的即將接近使用壽命的抽油機(jī)；低速大扭矩曳引式抽油機(jī)相比復(fù)式永磁電機(jī)抽油機(jī)節(jié)電效果要更好一些，但試驗周期較短，可靠性有待于進(jìn)一步驗證。

(3)小功率電泵電機(jī)節(jié)能技術(shù)和無桿往復(fù)式直線電機(jī)采油技術(shù)節(jié)電效果好，但無桿往復(fù)式直線電機(jī)采油技術(shù)其可靠性有待于進(jìn)一步驗證。