孫守淵 王艷麗 陳勇 郭霄 曹偉

（1.中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司鉆采工程研究院；2.中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司方圓物業(yè)管理有限責(zé)任公司；3.中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司規(guī)劃計(jì)劃處）

電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)的能耗監(jiān)測(cè)與節(jié)能效果

孫守淵1王艷麗2陳勇3郭霄1曹偉1

（1.中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司鉆采工程研究院；2.中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司方圓物業(yè)管理有限責(zé)任公司；3.中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司規(guī)劃計(jì)劃處）

針對(duì)近年來(lái)電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)的普及，在研究了其結(jié)構(gòu)原理和能耗特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，制定能耗監(jiān)測(cè)方法。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明，該方法滿(mǎn)足電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)能耗評(píng)價(jià)需要；同時(shí)，對(duì)電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)節(jié)能效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

無(wú)游梁式抽油機(jī)；能耗；監(jiān)測(cè)

隨著世界油氣資源的不斷開(kāi)發(fā)，開(kāi)采油層深度逐年增加，石油含水量也不斷增加，為了減少能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，一般都采用長(zhǎng)沖程、低沖速的采油方式。而在油田的采油設(shè)備中，游梁式抽油機(jī)應(yīng)用最為普遍，數(shù)量也最多。大量的游梁式抽油機(jī)難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程、低沖速、平衡度精確的要求，運(yùn)行在低效率區(qū)，造成能源浪費(fèi)，設(shè)備損耗嚴(yán)重，給油田帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研制平衡度精確的新型節(jié)能抽油機(jī)，使抽油機(jī)的參數(shù)更好地適應(yīng)地上、地下工況，提高采油系統(tǒng)的效率，節(jié)約電能，降低開(kāi)采成本成為主要研究方向[1-6]，從而應(yīng)運(yùn)而生了具有精確平衡度和低能耗的電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)。這一新型節(jié)能抽油機(jī)的出現(xiàn)，給機(jī)械采油系統(tǒng)能耗監(jiān)測(cè)提出了挑戰(zhàn)。針對(duì)這一問(wèn)題，全面學(xué)習(xí)了電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理、能耗特點(diǎn)后，制定出電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)能耗監(jiān)測(cè)和計(jì)算方法，并與游梁式抽油機(jī)比較評(píng)價(jià)了其節(jié)能效果。

1 結(jié)構(gòu)

電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)主要由復(fù)式永磁電動(dòng)機(jī)、立柱、皮帶、懸繩器、滑輪組、后平衡裝置和智能電氣控制柜裝置等組成。其具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)

2 工作原理

電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)采用復(fù)式永磁同步電動(dòng)機(jī)作為抽油機(jī)的原動(dòng)力，圓形立柱機(jī)架高位支撐，一側(cè)通過(guò)柔性皮帶懸掛配重，另一側(cè)也通過(guò)柔性皮帶連接帶動(dòng)抽油桿，抽油桿和配重形成了天平式的平衡，相互不斷地交換儲(chǔ)存和釋放勢(shì)能。變頻控制系統(tǒng)控制復(fù)式永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、啟停和換向，電動(dòng)機(jī)的外轉(zhuǎn)子作為皮帶卷軸，通過(guò)固定安裝在塔架平臺(tái)上滑輪組，將皮帶組一端與抽油機(jī)懸繩器、光桿連接，另一端與內(nèi)部裝有平衡塊的平衡箱連接，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中提液與配重的平衡抽汲。抽油機(jī)運(yùn)行上沖程時(shí)，電動(dòng)機(jī)外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，提升抽油桿柱、泵和液；同時(shí)，另一端平衡箱下行，當(dāng)平衡箱下行到設(shè)定沖程位置時(shí)，觸發(fā)位置傳感器，將信號(hào)反饋給電控系統(tǒng)，系統(tǒng)迅速發(fā)出減速、換向指令，使電動(dòng)機(jī)減速、更換旋轉(zhuǎn)方向，結(jié)束上沖程，開(kāi)始下沖程。平衡箱行走導(dǎo)軌垂直連接在塔架上，由平衡箱上固定的滾輪在導(dǎo)軌上直線往復(fù)行走，實(shí)現(xiàn)高精度軌跡行走。始終如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)帶動(dòng)抽油桿柱、抽油泵抽汲油液。

3 性能特點(diǎn)

以WCYJD14-8-40Z型無(wú)游梁式抽油機(jī)為例：額定懸點(diǎn)載荷140 kN；最大沖程8 m；額定起重量40 t；最高沖速3 min-1；電動(dòng)機(jī)額定功率24 kW；額定扭矩11.5 kN·m；額定電壓380 V；最大額定單邊提升質(zhì)量5 t（1 min內(nèi)）；整機(jī)最大質(zhì)量（不含配重）11 t。最大沖程可達(dá)8 m、最低沖速0.5 min-1，突破了游梁式抽油機(jī)最大沖程和最低沖速的局限；配重塊落地，調(diào)平衡時(shí)能夠安全、迅速地完成，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)平衡度調(diào)整要求；應(yīng)用數(shù)字化控制的永磁同步制動(dòng)電動(dòng)機(jī)技術(shù)，能夠柔性啟動(dòng)、加速、減速、超低速運(yùn)行，避免了抽油機(jī)換向啟動(dòng)的機(jī)械沖擊，做到了抽油機(jī)只保養(yǎng)無(wú)大修，延長(zhǎng)了抽油機(jī)的使用壽命。運(yùn)用程序自動(dòng)控制和變頻調(diào)速技術(shù)，調(diào)整參數(shù)簡(jiǎn)便易行，無(wú)級(jí)分別調(diào)整上下沖速，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代智能化采油。電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)與游梁式抽油機(jī)性能對(duì)比見(jiàn)表1。

4 能耗監(jiān)測(cè)

電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)能耗監(jiān)測(cè)如圖2所示進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試：測(cè)試點(diǎn)①測(cè)試電動(dòng)機(jī)輸入端電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、最大功率、最小功率、上下沖程最大電流；測(cè)試點(diǎn)②測(cè)試示功圖、沖速；測(cè)試點(diǎn)③測(cè)試動(dòng)液面深度、油壓、套壓；測(cè)試點(diǎn)④測(cè)試產(chǎn)液量、含水、液體密度；其他記錄參數(shù)為抽油機(jī)型號(hào)、額定沖速、額定沖程，電動(dòng)機(jī)型號(hào)、額定功率、額定電流、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、制造日期，配電箱型號(hào)、制造單位、泵掛深度等。

表1 電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)與游梁式抽油機(jī)性能對(duì)比

圖2 電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)井測(cè)點(diǎn)示意

4.1 效率

按照GB/T 5264—2012《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法》規(guī)定計(jì)算電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)地面效率、井下效率和系統(tǒng)效率[7]。

4.2 精確平衡度

4.2.1 精確平衡度概念

抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)下沖程最大功率與上沖程最大功率差值的絕對(duì)值，與上下沖程最大功率中較大的功率的比值；或抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)下沖程最大電流與上沖程最大電流差值的絕對(duì)值，與上下沖程最大電流中較大的電流的比值，以百分?jǐn)?shù)表示[8]。

4.2.2 精確平衡度計(jì)算方法

按式（1）或式（2）計(jì)算：

式中：B——抽油機(jī)井精確平衡度，%；

NDmax——下沖程最大功率，kW；

NUmax——上沖程最大功率，kW；

IDmax——下沖程最大電流，A；

IUmax——上沖程最大電流，A。

4.3 指標(biāo)要求

電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)和系統(tǒng)效率按照GB/T 31453—2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》規(guī)定的指標(biāo)要求進(jìn)行評(píng)價(jià)[9]；精確平衡度評(píng)價(jià)按照表2的指標(biāo)要求進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表2 精確平衡度指標(biāo)要求

5 能耗監(jiān)測(cè)實(shí)例與節(jié)能效果

在采油廠選取了8口安裝CYJQ14-6-73HPB型游梁式抽油機(jī)的井為監(jiān)測(cè)對(duì)象。在井下桿柱組合不動(dòng)的情況下，直接把抽油機(jī)更換為WCYJD14-8-40Z型電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)進(jìn)行測(cè)試、計(jì)算和評(píng)價(jià)。并且按照SY/T 6422—2016《石油企業(yè)用節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測(cè)定》規(guī)定的能效比對(duì)測(cè)試法[10]，對(duì)電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)的節(jié)能效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。詳細(xì)的能耗監(jiān)測(cè)情況和節(jié)能效果見(jiàn)表3。

由表3可知，電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)與游梁式抽油機(jī)相比，平均功率因數(shù)提高了0.068 6，平均系統(tǒng)效率提高了3.39%，有功節(jié)電率20.43%，無(wú)功節(jié)電率38.61%，綜合節(jié)電率21.47%。其中，6臺(tái)電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)精確平衡度與平衡度判定結(jié)果一致；2臺(tái)（YK1-3和YK1-15）判定結(jié)果不一致，平衡度判定合格，精確平衡度判定不合格，說(shuō)明精確平衡度要求更高，更能夠挖掘節(jié)能潛力。

表3 電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)的能耗監(jiān)測(cè)情況和節(jié)能效果

6 結(jié)論

1）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐測(cè)試，電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)、效率和精確平衡度評(píng)價(jià)適用于電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)的能耗監(jiān)測(cè)。

2）電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)的精確平衡度計(jì)算評(píng)價(jià)，滿(mǎn)足抽油機(jī)朝著精確平衡方向的發(fā)展平衡度評(píng)價(jià)要求，能夠挖掘更多的抽油機(jī)節(jié)能潛力，推動(dòng)低能耗節(jié)能型抽油機(jī)的發(fā)展。

3）電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)與游梁式抽油機(jī)對(duì)比的實(shí)例表明，電控?fù)Q向型無(wú)游梁式抽油機(jī)具有一定節(jié)能效果。

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2017-05-20

（編輯 張興平）

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.10.007

孫守淵，高級(jí)工程師，2003年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)（金屬材料工程專(zhuān)業(yè)），從事油田節(jié)能監(jiān)測(cè)工作，E-mail：ymsunsy@petrochina.com.cn，地址：甘肅省酒泉市肅州區(qū)石油基地檔案樓812室，735019。