王永強（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

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抽油機井混合磁阻電動機應用及評價

王永強（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

針對油田三相異步電動機存在能耗高、效率低及永磁電動機存在退磁問題，在某采油廠現(xiàn)場試驗應用混合磁阻電動機。利用磁通沿著磁阻最小路徑閉合的原理，將轉子設計成帶氣隙的結構。試驗表明，與異步電動機相比，混合磁阻電動機的啟動力矩大，降載效果好，裝機功率可下降32.7%，可實現(xiàn)無級變速運行并能有效提高電動機效率；降低有功消耗，平均單井有功節(jié)電率達到13.65%。

抽油機磁阻電動機節(jié)能

目前，油田生產(chǎn)對節(jié)能減排的要求日益迫切，在油井異步電動機亟待更新淘汰的形勢下，永磁同步電動機曾作為提高電動機效率的主要措施推廣應用；但隨著不可再生資源稀土的大量開采，導致礦產(chǎn)環(huán)境出現(xiàn)大面積不可逆的污染，稀土釹鐵硼材料對于應用環(huán)境的要求比較高，在高溫、受沖擊、腐蝕性氣體等環(huán)境下都會造成退磁等現(xiàn)象，在生產(chǎn)中存在著一定的隱患。此外，超高轉差電動機運行效率低，雙功率電動機動態(tài)響應性差等也制約了油井節(jié)能降耗的效益。傳統(tǒng)磁阻電動機是上世紀80年代初發(fā)展起來的，具有結構簡單、運行可靠及效率高等特點；而新型混合磁阻電動機則可以不使用稀土磁鋼或者極少使用稀土磁鋼［1］，在有效提高電動機效率、降低損耗的同時，其可靠性、適應性較好地彌補了以上電動機的不足。

1　技術原理

混合磁阻同步電動機（混磁電動機）遵循磁阻最小原理：磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合，由磁場扭曲產(chǎn)生旋轉轉矩［2］。混磁電動機電磁轉矩由電樞電流和勵磁電流共同產(chǎn)生，通過電樞電流與勵磁電流給定的一般規(guī)律，確定電動機效率最優(yōu)分布圖，使混合勵磁電動機在寬調(diào)速范圍內(nèi)保持電動機的較高能量效率［3］。

其效率特性在于：由于混磁電動機屬于同步電動機的范疇，因此，具有與永磁同步電動機相同的特性，轉子轉速與定子旋轉磁場完全同步，與異步電動機相比，無轉差損耗具有較寬的有效負載區(qū)。

2　現(xiàn)場試驗及評價

現(xiàn)場主要開展混磁電動機同功率級別替換試驗，應用混磁電動機進行裝機功率降級試驗，同時對混磁電動機應用時的效果進行測試評價。

2.1同功率匹配現(xiàn)場試驗

高轉差電動機是目前油田應用較多的節(jié)能電動機，現(xiàn)場選取同功率級別的高轉差電動機進行了試驗。測試數(shù)據(jù)見表1。

表1　10-1912井混磁電動機同功率級別匹配現(xiàn)場試驗效果

2.2裝機功率降級現(xiàn)場試驗

7-2418井現(xiàn)場分別用45 kW、37 kW混磁電動機替換55 kW異步電動機。以37 kW混磁電動機匹配為例，平均百米噸液耗電比試驗前降低11.86%。

8-2688井用22 kW混磁電動機替換45 kW異步電動機，應用后平均百米噸液耗電比試驗前降低9.8%，無功功率降低了6.832 kvar。

2.3應用混磁電動機變速試驗

混磁電動機應用伺服控制可進行無級調(diào)速，現(xiàn)場進行了在線變速調(diào)節(jié)試驗，能夠解決抽油機井每個沖程過程中交變載荷影響而產(chǎn)生的功率不平衡問題，從而進一步改善井下泵動作和電動機運行效果。

在沖速不變的條件下，進行上快下慢抽汲試驗，平均速度比為2∶1，變速運行時平均泵效為66.61%，比同等沖速下勻速運行時的泵效高5.58百分點（表2）。

表2　7-2418井混磁電動機變速試驗測試數(shù)據(jù)

2.4混磁電動機應用效果評價

通過現(xiàn)場試驗表明，混磁電動機能降低油井峰值載荷：現(xiàn)場分別測試5-2411井、8-2688井示功圖，對比交變載荷變化；應用混磁電動機后，峰值載荷均有所降低，泵依然保持了有效充滿，交變載荷變化平穩(wěn)。

8-2688井最大載荷由55.65 kN下降到50.61 kN，下降5.04 kN，最小載荷由25.22 kN上升到30.41 kN，上升5.19 kN。

啟動電流測試對比有明顯下降，實現(xiàn)了軟啟，減緩硬沖擊。如圖1、圖2所示，從7-2418井前后啟動電流的測試對比看，啟動峰值電流從390.9 A下降到57.86 A，平均下降了85%。

圖1　7-2418井前期啟動電流曲線

混磁電動機具有消除負功發(fā)電作用。針對油井倒發(fā)電的狀態(tài)，混磁電動機可以通過高精度的速度跟隨特性，在電動機速度降低到接近于勢能向動能轉化的時刻，平滑地使電動機切入運行，降低因電動機倒發(fā)電引起的電動機損耗（圖3）。

現(xiàn)場試驗進行能耗測試計算。應用混磁電動機后，單井綜合節(jié)電率可達到30.53%，年節(jié)電7.87× 104kWh，折合標煤9.67 t，年節(jié)約電費6.17萬元，減少CO2排放15.6 t。

圖2　7-2418應用混磁電動機啟動電流曲線

圖3　混磁電動機消除負功發(fā)電時電流測試曲線

3　結論及認識

1）新型混合磁阻電動機具有較寬的效率范圍，因此，適用于油田抽油機井高耗能異步電動機的更新匹配，可以降低電動機的裝機功率，提高電動機功率因數(shù)和效率，減少電能消耗。

2）對于產(chǎn)能變化頻繁、需要動態(tài)調(diào)參的抽油機井，應用混合磁阻電動機可進行無級調(diào)速，能有效解決沖速動態(tài)調(diào)整的問題。

3）混合磁阻電動機采用伺服控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的自動采集、抽汲參數(shù)的優(yōu)化設計，有利于提高油井的自動化管理水平。

［1］王洪武，陳業(yè)明，陳磊，等.同步磁阻電動機矢量控制研究［J］.微特電動機，2015，43（4）：74-76.

［2］顧仲圻，周鶚.新型磁阻電動機結構參數(shù)對性能的影響［J］.東南大學學報，1985（1）：52-59.

［3］朱孝勇，程明，趙文祥，等.混合勵磁電動機技術綜述與發(fā)展展望［J］.電工技術學報，2008，23（1）：30-37.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.12.007

2015-09-22）

王永強，高級工程師，1999年畢業(yè)于華東石油大學（石油工程專業(yè)），從事油氣田采油工程技術工作，E-mail：wangyongqiang1@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第六采油廠工程技術大隊，163114。