王榮久（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

隨著油田開發(fā)時間的延長，平均單井產(chǎn)油量下降，效益變差，采油單耗相對增加。截至2016年底，薩北油田共有抽油機井3 548口，占機采井總數(shù)的72%，耗電量占全廠總耗電量的27%，是油田耗能大戶，節(jié)能拖動裝置應(yīng)用率已達到91.4%，挖潛余地很小。為進一步挖掘節(jié)能降耗潛力，形成新的抽油機節(jié)能技術(shù)，開展永磁半直驅(qū)電動機抽油機舉升現(xiàn)場節(jié)能試驗。通過應(yīng)用永磁半直驅(qū)電動機，取消抽油機皮帶裝置，實現(xiàn)了抽油機直驅(qū)的改造，可以進一步提高節(jié)能效果。

1 永磁半直驅(qū)電動機

1.1 節(jié)能原理

普通異步電動機無法直接輸出減速機輸入軸所需的低轉(zhuǎn)速，所以常規(guī)游梁抽油機必須有一級皮帶減速機構(gòu)[1]。而永磁直驅(qū)電動機采用高性能的永磁材料制成轉(zhuǎn)子，自身即可勵磁，不再像異步電動機那樣需要電能來提供勵磁電流，所以解決了異步電動機存在的瓶頸，從而輸出低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動減速機輸入軸。

1.2 技術(shù)特點

1.2.1 提高系統(tǒng)機械傳動效率

皮帶減速系統(tǒng)是游梁抽油機傳動鏈中傳動效率最低的一個環(huán)節(jié)，傳動損耗高達10%～20%，嚴重影響了游梁抽油機的整體效率。而原有的異步電動機額定功率時的效率為90%以上，低負載時效率更低，而抽油機大部分時候工作在低負載的工況。永磁直驅(qū)電動機因為不需要電勵磁，所以損耗比普通異步電動機小，效率高，尤其在負載低的工況，效率仍然接近額定負載時的效率。

1.2.2 無需維護皮帶減速機構(gòu)

直驅(qū)抽油機驅(qū)動裝置不需要皮帶減速機構(gòu)，節(jié)省了此部分初期成本及運行成本，無需維護。

1.2.3 實現(xiàn)沖速易調(diào)節(jié)

永磁直驅(qū)電動機是同步電動機的一種，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，所以不存在滑差，不會因負載加大而丟轉(zhuǎn)。又因為取消掉了皮帶，不存在打滑的問題，所以可以做到無傳感器測速，進而計算出沖速，減小了查沖的工作量。

2 現(xiàn)場試驗情況

2.1 現(xiàn)場應(yīng)用

2016年10月以來，廠陸續(xù)試驗半直驅(qū)電動機62口井，試驗后平均有功節(jié)電率15.24%，系統(tǒng)效率提高了4.75%[2]（表1）。

B1-D1-P071使用永磁半直驅(qū)電動機前產(chǎn)液22.7 t，液面509.1 m，懸點最大載荷36.43 kN，懸點最小載荷20.22 kN，使用后產(chǎn)液22.8 t，液面451.05 m，最大載荷34.05 kN，最小載荷18.77 kN，功圖形狀基本無變化，永磁半直驅(qū)電動機對抽油機井的工況無影響（圖1）。

表1 永磁半直驅(qū)電動機效果對比

圖1 永磁半直驅(qū)電動機試驗前后示功圖

2.2 永磁半直驅(qū)電動機與其它節(jié)能電動機效果對比

目前的62口井中，使用永磁半直驅(qū)電動機之前的拖動設(shè)備主要分為三相異步電動機、高轉(zhuǎn)差電動機、雙功率電動機三類，通過分類統(tǒng)計（表2），可得出三相異步電動機更換為永磁半直驅(qū)電動機之后噸液耗電節(jié)電率16.55%和系統(tǒng)效率提高值6.38%，高轉(zhuǎn)差電動機更換為永磁半直驅(qū)電動機之后噸液耗電節(jié)電率14.78%和系統(tǒng)效率提高值3.99%，雙功率電動機更換為永磁半直驅(qū)電動機之后噸液耗電節(jié)電率15.15%和系統(tǒng)效率提高值4.93%[3]。從永磁半直驅(qū)電動機與三種電動機安裝前后的效果對比可以看出，永磁半直驅(qū)電動機的節(jié)能效果優(yōu)于這三種電動機，且應(yīng)用永磁半直驅(qū)電動機更換三相異步電動機的節(jié)能效果最好。

2.3 永磁半直驅(qū)電動機模擬試驗

2017年12月8日至2018年3月20日，在集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心能效檢測站標準井上，對永磁半直驅(qū)電動機與常規(guī)電動機節(jié)能對比測試。

圖2 永磁半直驅(qū)電動機單耗曲線

表2 永磁半直驅(qū)電動機分類效果對比表

表3 永磁半直驅(qū)電動機選配表

從永磁半直驅(qū)電動機的單耗曲線（圖2）可以看出，安裝永磁半直驅(qū)電動機后具有一定的節(jié)能效果，隨著參數(shù)的增加效果逐漸變差。參數(shù)為3米4次時，液面不超過700 m，具有一定的節(jié)能效果。參數(shù)為3米5次時，液面不超過500 m，具有一定的節(jié)能效果。3米6次時，液面不超過300 m，具有一定的節(jié)能效果，永磁半直驅(qū)電動機在輕載時節(jié)能效果較好。

2.4 永磁半直驅(qū)電動機選配

永磁半直驅(qū)電動機目前有22、37、45、55 kW四種功率（表3），通過計算可以看出四種電動機的額定扭矩均大于或等于抽油機的額定扭矩，能夠滿足相應(yīng)抽油機的動力需求[5]。

2.5 現(xiàn)場噪音測試

現(xiàn)場試驗永磁半直驅(qū)電動機后，電動機聲音強度低于改前電動機聲音強度，噪音降低19.6%，見表4。

表4 永磁半直驅(qū)電動機試驗前后噪音對標測試表

3 經(jīng)濟效益評價

3.1 14型機效益評價

14型機一次性差值投入為0.97萬元，具體見表5。

1）節(jié)電效益。試驗永磁半直驅(qū)電動機后，單井日節(jié)電47 kWh，年創(chuàng)經(jīng)濟效益1.16萬元。

2）節(jié)約皮帶費用。原井每年更換皮帶4次，4L8V-8000 mm皮帶價格1 089元/組，年節(jié)約皮帶費用0.44萬元。

3）提高時率增油效益。原井更換皮帶1次停機60 min，年可增油0.68 t。2016年原油價格為1 928.27元/t，原油全成本為1 364.64元/t，年增油效益0.036萬元。

4）節(jié)約人工。節(jié)約了更換和調(diào)整皮帶的人工，降低了工人勞動強度。

14型機安裝永磁半直驅(qū)電動機差值投入0.97萬元，年創(chuàng)經(jīng)濟效益為1.636萬元，差值投入回收期為0.59年。

3.2 10型機效益評價

10型機一次性差值投入為1.43萬元，具體見表5。

1）節(jié)電效益。10型機試驗永磁半直驅(qū)電動機后，單井日節(jié)電約36 kWh，年創(chuàng)經(jīng)濟效益0.89萬元。

2）節(jié)約皮帶費用。每年約更換皮帶4次，4L5V-6350 mm皮帶價格238.4元/組，年節(jié)約皮帶費用0.095萬元。

3）提高時率增油效益。更換皮帶1次約停機60 min，年約增油0.42 t，年增油效益0.023萬元。

表5 14型機、10型機差值投入費用對比

4）永磁半直驅(qū)電機差值投入1.43萬元，年創(chuàng)經(jīng)濟效益為1.008萬元，差值投入回收期為1.42年。

4 結(jié)論及認識

1）抽油機井安裝永磁半直驅(qū)電動機之后對抽油機井工況無影響，平均有功節(jié)電率15.24%，系統(tǒng)效率提高4.75%[6]。

2）抽油機永磁半直驅(qū)電動機取消了皮帶輪機構(gòu)，提高了機械傳遞效率。

3）應(yīng)用該技術(shù)，消除了皮帶維護工作，噪音低于常規(guī)電動機。

4）永磁半直驅(qū)技術(shù)單井年創(chuàng)經(jīng)濟效益1.32萬元，差值投入回收期為1.06年，取得較好的經(jīng)濟效益。