朱璐璐（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

抽油機(jī)控制技術(shù)與電動機(jī)合理匹配研究

朱璐璐（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

為進(jìn)一步控制配電系統(tǒng)投資，降低機(jī)采系統(tǒng)運(yùn)行能耗，找到電動機(jī)與抽油機(jī)控制技術(shù)的最優(yōu)組合形式，采用現(xiàn)場測試不同組合形式能耗，對比投資回收期、功率因數(shù)及現(xiàn)場應(yīng)用情況的方法，對抽油機(jī)控制技術(shù)與電動機(jī)的合理匹配進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：單速電動機(jī)+控制裝置A的組合形式投資回收期短，功率因數(shù)高，現(xiàn)場操作方便，功能實用，因此將其確定為最優(yōu)組合形式。這種組合形式提高了配電系統(tǒng)適應(yīng)性，可作為指導(dǎo)采油工程方案設(shè)計的理論依據(jù)。依據(jù)分析結(jié)果，在產(chǎn)能建設(shè)區(qū)塊應(yīng)用329口井，年可節(jié)電934.7×104kWh，年可節(jié)省電費(fèi)626.3萬元。

控制技術(shù)；電動機(jī)；投資回收期；功率因數(shù)

近2年來，為了降低某廠機(jī)采能耗，在采油工程方案中設(shè)計應(yīng)用雙速雙功率電動機(jī)，配套使用抽油機(jī)控制技術(shù)。但目前節(jié)能電動機(jī)和抽油機(jī)控制技術(shù)種類較多，由于對于各類節(jié)能電動機(jī)[1]與抽油機(jī)控制技術(shù)的匹配[2]使用狀況還沒有進(jìn)行系統(tǒng)的對比，包括投資狀況、節(jié)能狀況以及現(xiàn)場應(yīng)用狀況的綜合分析，方案設(shè)計無依據(jù)可參考。因此，為進(jìn)一步控制投資，降低抽油機(jī)運(yùn)行能耗，找到電動機(jī)與抽油機(jī)控制技術(shù)最優(yōu)組合形式，以指導(dǎo)方案設(shè)計，開展了抽油機(jī)控制技術(shù)與電動機(jī)合理匹配研究。

1 常用電動機(jī)和控制技術(shù)類型

1.1 常用電動機(jī)

1.1.1 高轉(zhuǎn)差率雙功率電動機(jī)

雙功率電動機(jī)的定子繞組采用兩個繞組。即一個多匝繞組和一個少匝繞組。根據(jù)負(fù)荷的變化，通過外部控制線路的切換來改變電動機(jī)線圈的繞組連接方式，調(diào)整其運(yùn)行方式。

電動機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的高轉(zhuǎn)差，使電動機(jī)具備較大啟動力矩[3]，啟動電流??；根據(jù)井況轉(zhuǎn)換高、低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，沖速調(diào)整容易，適合在不同井況下使用。

1.1.2 超高轉(zhuǎn)差率單功率電動機(jī)

超高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)具備更大啟動力矩，啟動電流小，固定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，單位電流形成的啟動力矩是普通電動機(jī)的6倍多，價格低于雙速雙功率電動機(jī)。

1.2 抽油機(jī)控制技術(shù)

1.2.1 控制技術(shù)A

控制技術(shù)A可實現(xiàn)不停機(jī)連續(xù)調(diào)整沖速，方便生產(chǎn)管理；實現(xiàn)軟停軟啟，保護(hù)電動機(jī)；自動跟蹤電流上限值，隨工況智能輸出電流；實時監(jiān)測有功、無功功率及電流值。

1.2.2 控制技術(shù)B

控制技術(shù)B結(jié)合抽油機(jī)結(jié)構(gòu)特性和桿管泵的動態(tài)運(yùn)行特點，以電動機(jī)變速驅(qū)動為手段，通過優(yōu)化懸點的運(yùn)行速度軌跡，實施舉升過程實時變速運(yùn)行，達(dá)到?jīng)_程內(nèi)按最佳容積泵效需求以及桿柱與地面設(shè)備負(fù)荷最小需求實施過程柔性變速；沖速按供采平衡與最大充滿度原則，進(jìn)行自適應(yīng)無級調(diào)速。

1.2.3 控制技術(shù)C

控制技術(shù)C采用閉環(huán)控制，在線實時顯示油井示功圖。根據(jù)示功圖計算液面高度判斷井況，自動調(diào)節(jié)沖速，自動調(diào)節(jié)上下沖程速度；實時監(jiān)測電流、上下沖程速度、充滿度、示功圖；發(fā)生結(jié)蠟、抽油桿斷裂、電動機(jī)過載等現(xiàn)象時，自動報警；實現(xiàn)電動機(jī)的軟啟動、軟停止。

2 最優(yōu)組合形式評價研究

將以上兩種電動機(jī)與三種抽油機(jī)控制技術(shù)組合成六種形式（表1）進(jìn)行對比研究，優(yōu)選參數(shù)相同、井況相近的22口井，并對其投資、能耗、功率因數(shù)及投資回收期情況進(jìn)行比較。

表1 抽油機(jī)控制技術(shù)與電動機(jī)六種組合形式

2.1 投資對比

通過投資對比表明，組合二和組合五一次性投資較低（表2）。

表2 六種組合投資對比情況 萬元

2.2 能耗對比

通過能耗對比表明，組合四和組合六平均日耗電較低（表3）。

表3 六種組合能耗對比情況

通過對比雙速電動機(jī)和單速電動機(jī)能耗情況，工頻運(yùn)行情況下單速電動機(jī)試驗井平均單井日耗電101.4 kWh，與雙速電動機(jī)試驗井相比，平均單井日耗電降低17.5 kWh（表4）。

表4 雙速電動機(jī)與單速電動機(jī)能耗對比

變頻運(yùn)行情況下，單速電動機(jī)試驗井平均單井日耗電96.6 kWh，與雙速電動機(jī)試驗井相比，平均單井日耗電降低17.9 kWh（表5）。

表5 雙速電動機(jī)與單速電動機(jī)能耗對比

2.3 功率因數(shù)對比

通過功率因數(shù)對比表明，組合一和組合四功率因數(shù)較高（表6）。

表6 六種組合功率因數(shù)對比情況

通過對比三種抽油機(jī)控制技術(shù)功率因數(shù)情況表明，控制技術(shù)A功率因數(shù)較高，平均達(dá)到0.72（表7）。

表7 抽油機(jī)控制技術(shù)功率因數(shù)對比

2.4 投資回收期對比

統(tǒng)計某廠2016年抽油機(jī)耗電情況，八型抽油機(jī)平均日耗電170 kWh。依據(jù)六種組合形式的設(shè)備投資及耗電情況，電費(fèi)按0.63元/kWh計算，與全廠八型抽油機(jī)對比，按照投資回收期計算公式，計算了六種組合情況下的投資回收期。

計算結(jié)果表明，其中兩種組合形式投資回收期較短：一是組合四，投資回收期3.56年；二是組合六，投資回收期3.29年（表8）。

表8 六種組合投資回收期對比

2.5 最優(yōu)組合形式確定

綜合考慮投資回收期和功率因數(shù)情況，同時結(jié)合現(xiàn)場使用方便、功能實用等情況，將組合四確定為最優(yōu)組合形式（表9）。

表9 六種組合綜合對比

3 效益分析

通過抽油機(jī)控制技術(shù)與電動機(jī)合理匹配研究，優(yōu)選出單速電動機(jī)+控制技術(shù)A為最優(yōu)組合，提高了配電系統(tǒng)適應(yīng)性。依據(jù)分析結(jié)果，在產(chǎn)能建設(shè)區(qū)塊設(shè)計應(yīng)用329口井，年可節(jié)電934.7×104kWh，年可節(jié)省電費(fèi)626.3萬元。

4 結(jié)論

1）同等情況下，單速電動機(jī)平均能耗低于雙速電動機(jī)，同時投資也低于雙速電動機(jī)。

2）通過對比三種抽油機(jī)控制技術(shù)功率因數(shù)情況表明，控制技術(shù)A功率因數(shù)較高，平均達(dá)到0.72。

3）綜合考慮投資回收期、功率因數(shù)、現(xiàn)場使用及主要功能的基礎(chǔ)上，確定了最優(yōu)組合形式，降低了舉升系統(tǒng)能耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益，為采油工程方案設(shè)計提供了理論指導(dǎo)和科學(xué)依據(jù)。

[1]白連平，王玉生.游梁抽油機(jī)節(jié)能電動機(jī)選擇方法的討論[J].鉆采工藝，2007，30（2）：94-95.

[2]索恩祥.抽油機(jī)井控制柜與電動機(jī)匹配適應(yīng)性研究[J].石油石化節(jié)能，2017，7（2）：1-2.

[3]呂亳龍，解紅軍，劉向陽，等.抽油機(jī)用高效電動機(jī)節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2015，5（12）：17-19.

2017-05-17

（編輯 李發(fā)榮）

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.10.001

朱璐璐，工程師，2008年畢業(yè)于東北石油大學(xué)（油氣儲運(yùn)工程專業(yè)），從事采油工程方案設(shè)計工作，E-mail：zhululucy8@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠工程技術(shù)大隊，163514。