索恩祥（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

抽油機井控制柜與電動機匹配適應性研究

索恩祥（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

隨著油田節(jié)能技術的發(fā)展，各種新興節(jié)能技術應用于油田節(jié)能設備中。通過兩種節(jié)能電動機與三種節(jié)能控制柜匹配試驗，以有功功率、無功功率、綜合節(jié)電率等相關參數變化為評價依據，獲得不同功率利用率的匹配效果。在考慮新老井中抽油機轉矩、電動機轉矩及安全系數的情況下，以匹配效果作為指導，評價目前抽油機井節(jié)能狀況，對電動機和控制柜匹配不合理的抽油機井，實施設備對調，提高了節(jié)能設備的利用效率。

匹配；有功功率；無功功率；綜合節(jié)電率

目前，全國油田面臨著成本增加，經濟效益下滑的形勢。為控制成本，提高節(jié)能設備利用效率，提出運用已安裝的節(jié)能電動機和控制柜合理匹配構想。以Y系列普通電動機和普通控制柜、Y系列普通電動機與節(jié)能控制柜、節(jié)能電動機與普通控制柜能耗組合測試電量為基礎數據，對比匹配節(jié)能電動機和節(jié)能控制柜節(jié)電效果，取得各種節(jié)能設備的適應性匹配，指導未來電動機安裝和設備對調工作。

1 現場匹配研究

1）避免試驗成果具有片面性，各挑選5口不同液量級別、沉沒度差異、井況正常井，統(tǒng)計普通設備與節(jié)能設備匹配節(jié)電效果。挑選相同功率高轉差電動機、高啟動力矩電動機、無功補償控制柜、變頻控制柜[1]、調壓控制柜[2]與常規(guī)電動機和控制柜。

2）挑選上沖程及下沖程電流和功率比例均達到90%以上平衡井，日產液量接近區(qū)塊平均產液量井，含油飽和度為區(qū)域含油飽和度，沉沒度在合理范圍內。按照電動機和控制柜匹配設計圖方式統(tǒng)計節(jié)電效果（圖1）。

圖1 電動機和控制柜匹配設計

3）根據百米噸液單耗、有功功率、無功功率、功率因素[3]等數據，確定節(jié)能設備匹配節(jié)電效果，從而判定最佳組合方式（表1）。

表1 試驗結果判定依據

2 數據統(tǒng)計及分析

根據四種匹配測試數據說明，相對于常規(guī)設備組合，常規(guī)電動機與變頻控制柜組合、高轉差電動機與常規(guī)控制柜組合、雙節(jié)能組合節(jié)能效果明顯，節(jié)電率分別為7.3%、8.6%、12.1%，百米噸液單耗下降0.01 kWh、0.09 kWh。高轉差電動機與變頻控制柜組合生產節(jié)電率為12.1%，無功功率下降5.34 kvar，百米噸液單耗下降0.15 kWh。根據匹配原則設計流程說明，高轉差電動機和變頻控制柜適合匹配生產。以同樣的數據統(tǒng)計方式統(tǒng)計其他它五種節(jié)能方式組合，節(jié)電率均大于單節(jié)能設備節(jié)電效果，通過對比不同功率利用率區(qū)間節(jié)能組合節(jié)電效果，獲得最佳節(jié)能組合（表2）。

現場電動機安裝根據抽油機凈轉矩曲線來計算均方根轉矩[4]，再通過抽油機折算電動機轉矩，同時對比實際電動機轉矩，最終確定電動機所需裝機功率。出于對電動機啟動方面的考慮，新老井的設備選擇需考慮不同安全系數[5]，新井安全系數為1.2～1.5，老井安全系數為1.5～2.0，且井底產液波動較大，致使生產井電動機處于不同功率利用率區(qū)間，匹配節(jié)能電動機和控制柜工作，應當考慮不同區(qū)間節(jié)電效果。

根據電動機不同功率利用率區(qū)間測試數據說明，在功率利用率低于20%、有功功率相對較低的情況下，電動機轉數為定值情況下無功功率變化不大。相對于調壓、補償控制柜，由于變頻控制柜無須換小皮帶輪，通過調整頻率達到參數調整的目的，且能夠大幅度降低無功功率；所以變頻控制柜與高啟動力矩電動機、高轉差電動機匹配的節(jié)電效果最佳。

表2 節(jié)能設備匹配生產原則統(tǒng)計表

圖2 高啟動力矩電動機和高轉差電動機匹配不同控制柜節(jié)電率情況

在功率利用率大于20%、有功功率相對較高、載荷較大的情況下，調壓控制柜通過高壓啟動、低壓運轉的功能，能夠減小有功消耗，從而達到節(jié)能效果；所以變頻控制柜與高啟動力矩電動機、高轉差電動機匹配的節(jié)電效果最佳（圖2、表3）。

表3 節(jié)電效果統(tǒng)計

針對高轉差電動機和高啟動力矩電動機，在功率利用率處于10%～20%時，匹配變頻控制柜節(jié)電率較其它控制柜高出3%～5%。以平均單井日耗電140 kWh計算，平均節(jié)電率按照4%計算，日節(jié)電5.6 kWh；按照全年365 d和電價0.638 1元/kWh計算，較其他匹配方式單井每年多節(jié)約費用0.13萬元。在功率利用率處于20%～30%時，匹配變頻控制柜節(jié)電率較其他控制柜高出1%，平均日節(jié)電1.4 kWh。按照全年365 d和電價0.638 1元/kWh計算，單井年節(jié)約費用為0.03萬元。

3 結論

1）各功率利用率區(qū)間存在不同節(jié)能電動機和節(jié)能控制柜匹配組合。

2）變頻控制柜存在改變頻率功能，與處于低功率利用率區(qū)間節(jié)能電動機匹配節(jié)電效果明顯。

3）調壓控制柜與處于高功率利用率區(qū)間電動機匹配節(jié)電效果明顯。

[1]劉慧芬.變頻調速技術在游梁式抽油機中的應用[J].石油礦場機械，2004（5）：80-82.

[2]謝秀明.高壓變頻調速技術在火力發(fā)電廠節(jié)能中的應用[J].科技與企業(yè)，2013（4）：21-33.

[3]闞寶春.油田注水系統(tǒng)節(jié)能研究[J].科技資訊，2006（7）：234.

[4]文江波.大洼區(qū)塊注水系統(tǒng)節(jié)能改造技術研究[D].大慶：東北石油大學，2012.

[5]高鵬.關于油田注水系統(tǒng)節(jié)能降耗途徑的探究[J].化工管理，2016（4）：157.

[6]趙琳，任志華，黨秀麗.淺析提高油田注水系統(tǒng)效率途徑[J].地下水，2014（4）：194-196.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.02.001

2016-09-21

（編輯 張興平）

索恩祥，工程師，2004年畢業(yè)于大慶石油學院，從事油田生產管理工作，E-mail：swenxiang@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第五采油廠作業(yè)大隊，163513。