姜海棠（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

抽油機(jī)控制器設(shè)備節(jié)能效果研究

姜海棠（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

摘要：在油田開采過程中，針對抽油機(jī)井能耗高，電能浪費(fèi)嚴(yán)重的問題，對不同抽油機(jī)及控制箱設(shè)備進(jìn)行組合測試，并對各組合的效果進(jìn)行定量評價，優(yōu)選抽油機(jī)與節(jié)能控制箱的最佳配合，以實(shí)現(xiàn)降低能耗的目的。節(jié)能型控制箱的綜合節(jié)電率隨原裝電動機(jī)有功功率利用率的增加而下降，針對功率利用率在30%以內(nèi)的抽油機(jī)控制箱進(jìn)行節(jié)能改造節(jié)電效果好，而當(dāng)原裝機(jī)的有功功率利用率高于30%時，各類控制箱的節(jié)電率在5%左右，這時進(jìn)行控制箱改造增加投資是不經(jīng)濟(jì)的。該研究為抽油機(jī)井新井投產(chǎn)、措施井改造、節(jié)能優(yōu)化，進(jìn)一步降低油井能耗提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：節(jié)能；優(yōu)化；控制箱；測試

抽油機(jī)能耗與抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷、電動機(jī)裝機(jī)功率利用率、抽油機(jī)平衡狀況、抽油泵充滿程度等因素密切相關(guān)[1-2]，目前大部分研究只局限于假設(shè)其它條件不變的情況下，通過測試電動機(jī)耗電來證明各種節(jié)能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。而實(shí)際生產(chǎn)中，隨著節(jié)能技術(shù)的開展，抽油機(jī)工況是隨著開發(fā)工作的深入變化的，這要求對現(xiàn)有的一些節(jié)能技術(shù)或設(shè)備進(jìn)行組合試驗(yàn)研究。因此，以進(jìn)一步提高抽油機(jī)井效率、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗為目的，以某廠在用的幾種抽油機(jī)節(jié)能設(shè)備為基礎(chǔ)，開展了抽油機(jī)控制和驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化匹配的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)。

1　測試方案

1）設(shè)備組合。研究不同類型的抽油機(jī)與電動機(jī)在不同的節(jié)能控制系統(tǒng)下的耗電情況，選擇抽油機(jī)與抽油機(jī)控制系統(tǒng)的最佳組合。現(xiàn)場試驗(yàn)測試CYJ10-3-37HB常規(guī)型抽油機(jī)、YCYJ10-5-37HB雙驢頭型抽油機(jī)、CYJ6-2.5-26HB常規(guī)型抽油機(jī)、CYJY6-2.5-26HB低矮型抽油機(jī)4種類型抽油機(jī)與常規(guī)控制箱、星-角轉(zhuǎn)換+靜態(tài)無功補(bǔ)償控制箱、動態(tài)無功補(bǔ)償控制箱、調(diào)壓節(jié)能控制箱4種類型節(jié)能控制系統(tǒng)不同組合時的耗電情況，見圖1。

2）選井原則。在對各種節(jié)能控制設(shè)備與某型號抽油機(jī)不同組合匹配進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)測試時，選擇具有相同泵徑、相同沖程長度、相近沖速、相近下泵深度的不同動液面的油井，即選擇不同電動機(jī)有功功率利用率，而其它參數(shù)相同或相近的油井進(jìn)行測試。

圖1　抽油機(jī)與控制系統(tǒng)組合方案

3）測試方法。在保證安裝節(jié)能控制設(shè)備前后抽油機(jī)井的沖程、沖速、動液面等技術(shù)參數(shù)基本不變的情況下，測試安裝節(jié)能控制箱前后的耗電情況，以此評價方案的節(jié)電效果。

4）主要測試儀器、儀表。選用3165電力綜合參數(shù)測試儀（精度0.8級）、精密壓力計(jì)（精度0.4級）、秒表（分度值0.1秒）、先行-XA型綜合測試診斷儀（精度0.35級）、3266鉗形電力計(jì)（精度1.0級）。

2　測試結(jié)果

2.1測試原理

把某種型號抽油機(jī)與常規(guī)控制箱及常規(guī)Y系列電動機(jī)的組合稱為基礎(chǔ)型組合，而把該型抽油機(jī)與其它幾種節(jié)能型控制箱及常規(guī)Y系列電動機(jī)的組合稱為節(jié)能型組合，并將節(jié)能型組合的當(dāng)量有功功率與基礎(chǔ)型組合的當(dāng)量有功功率進(jìn)行比較，用綜合節(jié)電率來評價各種節(jié)能控制設(shè)備的節(jié)電效果。計(jì)算公式[3-6]為

表1　節(jié)能設(shè)備配合試驗(yàn)效果

式中：N當(dāng)基——基礎(chǔ)組合的當(dāng)量有功功率，kW；

N當(dāng)節(jié)——節(jié)能組合的當(dāng)量有功功率，kW；

N有基——基礎(chǔ)組合電動機(jī)所消耗的有功功率，kW；

N無基——基礎(chǔ)組合電動機(jī)所消耗的無功功率，kW；

N有節(jié)——節(jié)能組合電動機(jī)所消耗的有功功率，kW；

N無節(jié)——節(jié)能組合電動機(jī)所消耗的無功功率，kW；

k——無功當(dāng)量折算系數(shù)，取k =0.10。節(jié)能組合的綜合節(jié)電率計(jì)算公式為

式中：δ——綜合節(jié)電率，%。

原裝電動機(jī)的有功功率利用率定義為

式中：δ1——原裝電動機(jī)有功功率利用率，%；

Nr基——原裝電動機(jī)的額定功率，kW。

節(jié)能設(shè)備配合試驗(yàn)效果，見表1。按表1所設(shè)計(jì)的地面設(shè)備組合方案進(jìn)行現(xiàn)場測試，綜合節(jié)電率的變化規(guī)律，見圖2。

2.2測試結(jié)果分析

1）各種控制箱的節(jié)電效果均隨電動機(jī)有功功率利用率的下降而提高。

2）對于常規(guī)6型、10型抽油機(jī)當(dāng)原裝機(jī)的有功功率低于30%時，星-角轉(zhuǎn)換+靜態(tài)無功補(bǔ)償控制箱的綜合節(jié)電率最高；對于異相型6型、10型抽油機(jī)當(dāng)原裝機(jī)的有功功率低于20%時，星-角轉(zhuǎn)換+靜態(tài)無功補(bǔ)償控制箱運(yùn)行于節(jié)電率最高，效果好。

3）當(dāng)電動機(jī)有功功率利用率低于15%時，跟蹤調(diào)壓節(jié)能控制箱的綜合節(jié)電率高于動態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能控制箱；當(dāng)有功功率利用率大于15%時，跟蹤調(diào)壓節(jié)能控制箱的綜合節(jié)電率低于其它2種控制箱；且當(dāng)電動機(jī)有功功率利用率高于40%時，跟蹤調(diào)壓節(jié)能控制箱幾乎無節(jié)電效果。

3　結(jié)束語

1）節(jié)能型控制箱的綜合節(jié)電率隨原裝電動機(jī)有功功率利用率的下降而提高。

2）從總體上看，星-角轉(zhuǎn)換+靜態(tài)無功補(bǔ)償與常規(guī)Y系列電動機(jī)配合的節(jié)能組合節(jié)能效果要優(yōu)于其它2種節(jié)能組合。

圖2　節(jié)能設(shè)備配合試驗(yàn)效果圖

3）試驗(yàn)中，除CYJ10- 3- 37HB型抽油機(jī)以外，當(dāng)原裝機(jī)的有功功率利用率超過30%，各類控制箱的節(jié)電率在5%左右，這時進(jìn)行控制箱改造增加投資是不經(jīng)濟(jì)的。

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（編輯王古月）

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2016.01.012

作者簡介：姜海棠，2002年畢業(yè)于黑龍江大慶石油學(xué)校，從事采油工程研究工作，E-mail：jhaitang@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市第五采油廠第五油礦技術(shù)隊(duì)，163514。

收稿日期2015-10-09