劉剛 （大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

抽油機(jī)井液力耦合裝置的應(yīng)用與評(píng)價(jià)

劉剛 （大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

針對(duì)油田常規(guī)異步電動(dòng)機(jī)配備裝機(jī)功率大、能耗高、效率低的問(wèn)題，在某采油廠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用抽油機(jī)井電動(dòng)機(jī)液力耦合傳動(dòng)裝置。利用液力耦合裝置的泵輪力矩與其轉(zhuǎn)速的平方成正比的原理，通過(guò)起動(dòng)瞬間泵輪的低轉(zhuǎn)速運(yùn)行來(lái)降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩。試驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)變頻等設(shè)備相比，液力耦合傳動(dòng)裝置帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)能有效降低啟動(dòng)力矩，降載效果好，可有效降低電動(dòng)機(jī)有功消耗，有功節(jié)電率可達(dá)到10.8%。

抽油機(jī)；雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)；節(jié)能降耗

隨著油田進(jìn)入采油中后期，新井、加密井的不斷增加，其中抽油機(jī)占較大部分，但受油田含水上升影響，電動(dòng)機(jī)所需啟動(dòng)力矩大，匹配大功率電動(dòng)機(jī)導(dǎo)致負(fù)荷不足問(wèn)題更加突出；因此，大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)滿足需求，但是運(yùn)行空載損耗大，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)能耗更高，無(wú)論電動(dòng)機(jī)投入還是后期通過(guò)變頻改造，成本更高，制約了油田節(jié)能降耗發(fā)展。

液力傳動(dòng)技術(shù)在其他工業(yè)領(lǐng)域達(dá)到一定規(guī)模應(yīng)用，將液力耦合傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用在抽油機(jī)井中，可有效降低電動(dòng)機(jī)負(fù)載，改善傳動(dòng)效果，提高機(jī)械傳動(dòng)效率的作用。

1 液力耦合裝置的結(jié)構(gòu)與原理

抽油機(jī)用液力傳動(dòng)裝置，由傳動(dòng)裝置主動(dòng)軸、主動(dòng)輪、被動(dòng)輪及外殼組成（圖1）。

圖1 液力傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)耦合裝置主動(dòng)軸傳導(dǎo)給主動(dòng)輪，經(jīng)過(guò)注入耦合裝置內(nèi)的液體介質(zhì)，通過(guò)泵輪到被動(dòng)輪，將液體能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，最終帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)[1]。

2 液力耦合裝置的功能

液力耦合裝置具備空載啟動(dòng)和軟啟動(dòng)功能，能保證電動(dòng)機(jī)在重載狀態(tài)下輕載啟動(dòng)，從而減緩沖擊，提高傳動(dòng)效率；可以有效解決電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難問(wèn)題，即與電動(dòng)機(jī)硬連接的剛性傳動(dòng)相比，可以至少降低一個(gè)電動(dòng)機(jī)機(jī)座號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)減少電動(dòng)機(jī)無(wú)功損耗，降低對(duì)電網(wǎng)沖擊，提高電網(wǎng)功率因數(shù)的目的，達(dá)到節(jié)電效果[2-3]。

3 液力耦合裝置節(jié)能實(shí)測(cè)效果

現(xiàn)場(chǎng)分別在抽油機(jī)井上進(jìn)行了液力耦合裝置降載和同級(jí)別電動(dòng)機(jī)應(yīng)用試驗(yàn)。

3.1同功率級(jí)別電動(dòng)機(jī)應(yīng)用液力耦合裝置試驗(yàn)

對(duì)1#井和2#井改造前后抽油機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試（表1）。從2口井的測(cè)試數(shù)據(jù)中可以看出，改造后，2口井的啟動(dòng)電流分別下降68 A和48 A。1#井百米噸液耗電由1.25 kWh降到0.97 kWh，2#井百米噸液耗電由1.03 kWh降到0.87 kWh；同時(shí)，系統(tǒng)效率都有所提高，分別提高了4.20個(gè)百分點(diǎn)和1.8個(gè)百分點(diǎn)。

表1 液力耦合裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果對(duì)比

3.2液力耦合裝置降低電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率試驗(yàn)

抽油機(jī)啟動(dòng)力矩大，因此電動(dòng)機(jī)裝機(jī)容量選得較大，一般高出運(yùn)行負(fù)荷3倍以上。而當(dāng)抽油機(jī)啟動(dòng)后電動(dòng)機(jī)則一直在低負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行，導(dǎo)致設(shè)備負(fù)荷與電能的多重?zé)o功損耗。

通過(guò)1#、2#井試驗(yàn)表明，應(yīng)用液力耦合裝置可以降低啟動(dòng)電流，從而降低電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率。以3#井為例，應(yīng)用液力耦合裝置原75 kW電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率降為55 kW，可以正常啟動(dòng)，又能保證電動(dòng)機(jī)正常工作。其有功功率降低1.2 kW，無(wú)功功率降低8.34 kvar，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)提高0.18，同時(shí)避免了油井負(fù)載較大時(shí)啟動(dòng)困難和超負(fù)荷燒電動(dòng)機(jī)的問(wèn)題。3#、4#井現(xiàn)場(chǎng)降載試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2、表3。

表2 3#井現(xiàn)場(chǎng)降載試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

表3 4#井現(xiàn)場(chǎng)降載試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

4 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，應(yīng)用液力耦合裝置4口井的單井有功節(jié)電率達(dá)到10.8%，日節(jié)電27.2 kWh；按0.6183元/kWh計(jì)算，年創(chuàng)效益2.49萬(wàn)元。抽油機(jī)井應(yīng)用液力耦合裝置后，在保證電動(dòng)機(jī)有效傳動(dòng)的同時(shí)，可合理匹配電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率，從而減少對(duì)原電動(dòng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行改造的費(fèi)用，結(jié)合提高功率因數(shù)，降低線損，經(jīng)濟(jì)效益更為可觀。

5 結(jié)論

1）液力耦合裝置能合理匹配電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率，有效改善電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能，通過(guò)降低裝機(jī)功率級(jí)別實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)電流下降30%～40%。

2）液力耦合裝置能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)中的軟特性。由于抽油機(jī)工作多為交變載荷，電動(dòng)機(jī)工作電流變化大，每一沖速中有兩次峰值電流，應(yīng)用液力耦合裝置可以在載荷峰值時(shí)削弱峰值電流，從而極大地減少由于載荷變化引起的部件沖擊、振動(dòng)，提高減速箱等部件的疲勞壽命，延長(zhǎng)保護(hù)電動(dòng)機(jī)和皮帶的使用壽命。

3）抽油機(jī)液力耦合裝置屬純機(jī)械裝置，不產(chǎn)生高次諧波，不污染電網(wǎng)，與其他節(jié)電裝置相比更加安全可靠。

[1]顏醒林.調(diào)速型液力耦合器工作原理及故障原因 排除[J].中國(guó)科技博覽,2013（27）：331.

[2]謝福志.液力耦合器控制分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2011（5）：59-60.

[3]潘志勇.液力耦合器傳動(dòng)液性能特點(diǎn)研究[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā),2008，27（8）：28-30.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.015

2015-12-18

（編輯 李發(fā)榮）

劉剛，工程師，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院成人教育學(xué)院，從事油田地面工程管理，E-mail：liugang5@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠試驗(yàn)大隊(duì)，163114。