叢式井組抽油機(jī)集中控制裝置節(jié)能效果分析

周杰　劉凱敏　楊琪　張慶豐　李葉鵬　李瑞芳

摘 要：通過對(duì)叢式井組抽油機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，提高井組抽油機(jī)井配電質(zhì)量、提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率，從而降低抽油機(jī)地面能耗，使井組達(dá)到集中控制綜合節(jié)能的目的，為優(yōu)化油井工作參數(shù)、提高系統(tǒng)效率提供了技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：節(jié)能；叢式井組；效果分析；效益

前言：油田生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿Χ枷脑陔娔苌希橛蜋C(jī)又是油田生產(chǎn)的耗電大戶，由于低滲透油藏的特點(diǎn)，大部分抽油機(jī)效率很低，造成了十分嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。因此需要高功效、高節(jié)能的抽油輔助設(shè)備，減少電能在抽油機(jī)上的浪費(fèi)，提高抽油機(jī)工作效率。針對(duì)抽油機(jī)運(yùn)載時(shí)效率低，功率因數(shù)低等問題，長(zhǎng)慶環(huán)江油田、西峰油田通過在叢式井組安裝抽油機(jī)集中控制節(jié)能裝置，使電動(dòng)機(jī)的效率提高，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)參，達(dá)到了節(jié)能降耗、實(shí)現(xiàn)成本控制的目的。

一、叢式井組抽油機(jī)集中控制裝置

（一）結(jié)構(gòu)和技術(shù)規(guī)格

CQ-YQY型叢式井組抽油機(jī)集中控制節(jié)能裝置設(shè)計(jì)采用一個(gè)柜體內(nèi)裝多臺(tái)全矢量控制變頻器，組成一個(gè)可分別控制多臺(tái)抽油機(jī)啟動(dòng)、停止、無級(jí)調(diào)系統(tǒng)，可替代原有井場(chǎng)多臺(tái)抽油機(jī)配電控制箱。叢式井組抽油機(jī)集中控制節(jié)能裝技術(shù)規(guī)格見表1。

（二）工作原理

CQ-YQY型叢式井組抽油機(jī)集中控制節(jié)能裝置，針對(duì)長(zhǎng)慶“三低”油田叢式井組開發(fā)的特點(diǎn)，集成應(yīng)用了共直流母線、無級(jí)變頻調(diào)參、軟啟動(dòng)、動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)調(diào)功五項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油井生產(chǎn)參數(shù)的優(yōu)化，大幅度降低抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)的無功損耗、減少抽油機(jī)啟動(dòng)過程中的機(jī)械沖擊、提高電機(jī)的功率因數(shù)、提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率，客觀上起到了電網(wǎng)“增容”的效果。

（三）叢式井組抽油機(jī)集中控制裝置特點(diǎn)[1]

1）共直流母線技術(shù)。抽油機(jī)屬位能性負(fù)載，在一個(gè)沖程周期運(yùn)動(dòng)中，過程中的某一段時(shí)間內(nèi)一定會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)工作狀態(tài)（發(fā)電狀態(tài)），尤其當(dāng)配重不平衡時(shí)，在抽油機(jī)工作的沖程周期中，電動(dòng)機(jī)的再生制動(dòng)工作狀態(tài)尤為嚴(yán)重，以往這些發(fā)出來的電能用在電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱上及線損上，或是通過電阻發(fā)熱或回饋電網(wǎng)而白白浪費(fèi)掉了，無法加以利用。針對(duì)這種情況采用共直流母線技術(shù)將多臺(tái)抽油機(jī)的控制變頻器共用一臺(tái)整流器，將其直流母線并聯(lián)在一起，可實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)在下沖程運(yùn)行時(shí)，將所發(fā)電能貯存在變頻器電容中，以供給其它抽油機(jī)使用。

2）無級(jí)變頻調(diào)參技術(shù)。應(yīng)用無級(jí)變頻調(diào)參技術(shù)實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)上沖程快，降低了泵的漏失，下沖程慢，提高了泵的充滿度，從而提高泵效，可根據(jù)油井的實(shí)際供液能力，動(dòng)態(tài)調(diào)整抽油速度，達(dá)到提高泵效、節(jié)能降耗目的。

3）軟啟動(dòng)控制技術(shù)。抽油機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)電流是額定電流的3～7倍，這勢(shì)必會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，導(dǎo)致對(duì)電網(wǎng)容量要求過高，而且啟動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行極為不利，直接影響設(shè)備的使用壽命。應(yīng)用全矢量控制型變頻器的低頻轉(zhuǎn)矩提升技術(shù)，使頻率從零開始逐漸增大到50 H z，而轉(zhuǎn)矩保持在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的150%。啟動(dòng)電流低于額定電流，這樣不但減少了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊更重要的是減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān)，降低了線損。

4）動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償技術(shù)。動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償技術(shù)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)來改變輸出，將所有電能都用來做有用功，使無功功率趨近于零，抽油機(jī)啟動(dòng)輸入功率大大降低，匹配電動(dòng)機(jī)額定功率可降低一檔。功率因數(shù)從工頻運(yùn)行時(shí)的0.4左右，提高到變頻運(yùn)行的0.9以上，減少了線損，降低了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)荷，可挖掘出大量的電網(wǎng)“擴(kuò)容”潛力。

5）動(dòng)態(tài)調(diào)功技術(shù)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流的變化，自動(dòng)改變加在電動(dòng)機(jī)上的端電壓。即負(fù)載輕、電流小，加在電動(dòng)機(jī)上的端電壓就小，電動(dòng)機(jī)功率就小。達(dá)到根據(jù)油井負(fù)載變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整電動(dòng)機(jī)功率。

二、應(yīng)用效果分析

對(duì)環(huán)江油田羅38-8、西峰油田桐299-18兩個(gè)區(qū)塊（低滲透油層）的兩個(gè)叢式井組使用抽油機(jī)集中控制節(jié)能裝置前后效果進(jìn)行對(duì)比測(cè)試（表2），發(fā)現(xiàn)使用抽油機(jī)集中控制節(jié)能裝置之前系統(tǒng)效率平均提高1.67%，有功節(jié)電率平均為15.23%。

三、經(jīng)濟(jì)效益分析

通過對(duì)比測(cè)試，使用抽油機(jī)集中控制節(jié)能裝置較之前節(jié)電效果顯著。

1）直接經(jīng)濟(jì)效益。安裝該節(jié)能裝置后，單井日節(jié)電14kW·

h，每年按350d計(jì)算，單井年累計(jì)節(jié)電0.49×104kW·h，折合標(biāo)煤1.64t。每度電按0.7元計(jì)算，則單井年節(jié)約費(fèi)用3430元。

2）社會(huì)效益。實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的數(shù)字化智能控制，提高了管理水平和生產(chǎn)效率，適應(yīng)長(zhǎng)慶油田有質(zhì)量有效益可持續(xù)發(fā)展建設(shè)的需求。

四、結(jié)束語(yǔ)

環(huán)江油田和西峰油田應(yīng)用抽油機(jī)集中控制節(jié)能裝置，有效地解決了低滲透油田油井設(shè)備負(fù)載率低、能耗高的問題。該技術(shù)的應(yīng)用提高了抽油機(jī)系統(tǒng)效率和電機(jī)的有功功率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、增效、智能調(diào)參的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉一山 等.叢式井組抽油機(jī)智能調(diào)參節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2012，（11）：1-2.