油田電動機運行現(xiàn)狀及提效對策

呂亳龍　解紅軍　陳由旺　劉向陽

（1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國石油長慶油田分公司）

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油田電動機運行現(xiàn)狀及提效對策

呂亳龍1解紅軍1陳由旺1劉向陽2

（1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國石油長慶油田分公司）

電動機是油田生產(chǎn)環(huán)節(jié)應用最多的耗電設備，在實際運行中，由于工況變化、負載波動等原因，電動機常出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，運行效率低，提高油田電動機能效水平對生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能至關(guān)重要。分析電動機提效面臨的形勢和油田電動機特殊運行工況，提出淘汰新低效高耗電動機、推廣高效電動機，實施低效電動機高效再制造及電動機系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)，加強管理、分批建設、合理備用等電動機提效措施。

電動機效率對策

1　現(xiàn)狀及存在問題

電動機是油田生產(chǎn)中應用量最大的耗能設備，其應用范圍廣，耗電量大，不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)所需的電動機裝機容量不同。據(jù)統(tǒng)計，中國石油油田企業(yè)主要耗能設備驅(qū)動電動機共有20多萬臺，年總耗電量約280×108kWh，占全油田總耗電量的65%左右。油田企業(yè)主要耗電設備集中在抽油機、注水泵兩類，總裝機容量占油田所有電動機的72%。

抽油機是油田應用最多、耗電量最大的耗能設備，抽油機系統(tǒng)的動力來自于抽油機電動機，電動機軸上的總負荷轉(zhuǎn)矩為井下負荷扭矩和平衡機構(gòu)扭矩之和，抽油機電動機系統(tǒng)運行效率取決于油井井下負載液量波動、抽油桿柱匹配、抽油機平衡調(diào)節(jié)、抽汲參數(shù)調(diào)整等因素，目前機采系統(tǒng)平均效率為24.6%，而國外油田機采系統(tǒng)平均效率達30.05%，油田抽油機電動機系統(tǒng)運行存在以下的問題：

1）“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴重。抽油機井不規(guī)則周期波動負載，決定了抽油機需要選配較大啟動轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動電動機，但抽油機正常運轉(zhuǎn)時，由于平衡裝置的作用，電動機大都處于輕載運行狀態(tài)，負載率較低，不可避免形成“大馬拉小車”現(xiàn)象［1］。

2）運行效率低、功率因數(shù)低。抽油機正常運行時，負載率較低且抽油機懸點載荷交變，導致電動機轉(zhuǎn)速波動，增加電動機自身損耗；另外抽油機由于不平衡狀態(tài)使電動機產(chǎn)生負功率，有功電能隨著負功率的吞吐變化增加了電動機和電網(wǎng)的損耗，導致功率因數(shù)較低。

3）低效高耗電動機仍有使用。抽油機使用數(shù)量大，且大都產(chǎn)建年代較早，部分電動機老化嚴重，能耗高，維護費用高，目前仍有部分電動機不能滿足GB 18613—2012《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》規(guī)定的能效等級3級要求，低效電動機的使用，導致系統(tǒng)運行效率低、耗電量大。

4）動平衡及抽汲參數(shù)優(yōu)化不及時。我國主力油田區(qū)塊大多分布在山區(qū)、沙漠、戈壁，抽油機所處環(huán)境惡劣且露天連續(xù)作業(yè)，無法根據(jù)井下液量充滿情況及時調(diào)整抽汲參數(shù)和抽油機平衡度，并進行電動機系統(tǒng)維護保養(yǎng)，電動機系統(tǒng)常出現(xiàn)負功率，負載交變運行，損耗增加。

5）地面電動機系統(tǒng)匹配不合理。隨著采油周期推進，井下工況會發(fā)生較大變化，地面電動機系統(tǒng)無法根據(jù)采油工況變化動態(tài)調(diào)整容量及工作方式，造成系統(tǒng)匹配不合理，系統(tǒng)運行效率低。

注水泵電動機的裝機功率占油田使用電動機的比例最大，我國油田主要采用注水驅(qū)動開發(fā)方式，大部分油田地層滲透率相對較低，需要高壓大排量注水以滿足開發(fā)需求。在注水開發(fā)過程中，由于注水井堵塞、同一區(qū)塊注水壓力等級不同，隨著開發(fā)進行單井注入壓力變化大，因滾動開發(fā)注水系統(tǒng)面積擴大難以將泵排量和注水壓力最優(yōu)匹配等原因，注入工況呈階段性變化。而注水系統(tǒng)是以注水泵站為中心的系統(tǒng)工程，難以針對注水單井或某個區(qū)域的注入情況變化而及時優(yōu)化改造注水泵站運行工況。因此，產(chǎn)建初期，大部分注水泵站根據(jù)開發(fā)注水預測，配備滿足最大注水需求的注水泵及驅(qū)動電動機系統(tǒng)，以適應中長期開發(fā)需求，導致注水系統(tǒng)實際運行匹配不合理。另外，仍有部分注水泵電動機未實施變頻控制，注水泵工頻運行，在注水管網(wǎng)進行節(jié)流或打回流控制壓力和流量，造成能量浪費；部分注水泵電動機尚屬低效高耗淘汰電動機，能效等級低，運行效率和功率因數(shù)低，導致注水系統(tǒng)效率低。

2　電動機提效措施

油田生產(chǎn)中，抽油機、注水泵、壓縮機等耗能設備不可避免地面臨由于生產(chǎn)工況變化造成的運行不匹配問題。因此，油田電動機提效工作應著重以下幾方面：

1）淘汰低效高耗電動機。對油田在用電動機進行排查，充分應用管理手段，對納入國家工信部頒布的《高耗能落后機電設備（產(chǎn)品）淘汰目錄》（第一批～第三批）的低壓電動機中的J、J0、J02等及其派生系列產(chǎn)品、2003年（含）前生產(chǎn)的Y、Y2、Y3、YB、YB2系列產(chǎn)品予以明令淘汰。

2）推廣應用高效電動機。隨著高效電動機技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品更新，根據(jù)實際工況選擇合適的高效電動機，如抽油機應用稀土永磁同步電動機、變頻電動機、高轉(zhuǎn)差電動機、低速電動機等；注水泵和壓縮機應用高效YE2、YE3電動機等。

3）低效電動機進行高效再改造。與具備電動機高效再制造能力的企業(yè)合作，對不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的低效電動機開展個性化再制造研究，實現(xiàn)“以舊換再”。電動機高效再制造，不但可將低效電動機再制造為高效率等級電動機，并且可以實現(xiàn)電動機材料循環(huán)利用，減少資源浪費。

4）電動機系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)。電動機系統(tǒng)節(jié)能改造是針對系統(tǒng)采取的設備提效、合理匹配等優(yōu)化改造手段，對于不同電動機系統(tǒng)及運行狀態(tài)，可實施不同的系統(tǒng)節(jié)能改造，如變頻調(diào)速技術(shù)、變極調(diào)速技術(shù)、相控調(diào)壓技術(shù)、優(yōu)化運行和控制技術(shù)等。

5）對于新建產(chǎn)能設施，應根據(jù)生產(chǎn)預測分批建設，合理備用，避免過大的設計裕量和“一步到位”建設造成的資源浪費；根據(jù)實際工況優(yōu)先選擇合理匹配的高效電動機。

6）加強管理，挖掘管理節(jié)能潛力。油田生產(chǎn)點多面廣，較為分散，且生產(chǎn)狀況變化頻繁，應制定合理的管理規(guī)程，根據(jù)工況變化對抽油機調(diào)參、注水泵優(yōu)化啟泵等重點生產(chǎn)環(huán)節(jié)實施精細化管理，使電動機系統(tǒng)高效運行。

3　結(jié)語

隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策出臺、標準升級，各油氣田企業(yè)在推動電動機能效提升方面做了大量的工作?？傮w來講，油田電動機提效工作應著重從抽油機、注水泵這兩類用量大、耗電量大的電動機入手，針對性地分析其運行工況及存在的問題，綜合應用更新淘汰、高效再制造、節(jié)能技術(shù)改造等技術(shù)手段全面提升電動機本體能效水平，另外，還應強化管理，應用精細管理措施充分挖掘管理節(jié)能潛力，切實貫貫徹落實國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策要求，全面推進電支思想內(nèi)容提效工作，為實現(xiàn)節(jié)能減排，循環(huán)發(fā)展提供支撐。

［1］郭慧彬.油田電動機系統(tǒng)節(jié)能運行決策支持系統(tǒng)研究［D］.吉林：吉林大學，2009.

頁巖氣探明地質(zhì)儲量1068×108m3

國土資源部2015年10月21日發(fā)布的《中國礦產(chǎn)資源報告（2015）》顯示，2014年我國油氣勘查取得重大突破，頁巖氣首次探明地質(zhì)儲量1068億方。繼美國、加拿大之后，我國已成為世界第三個實現(xiàn)頁巖氣工業(yè)化生產(chǎn)的國家。截至目前，我國已頒發(fā)頁巖氣探礦權(quán)54個，勘探面積達17×104km2，主要集中在四川盆地及其周緣地區(qū)。

胡慶明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.018

2015-08-11）

呂亳龍，工程師，2012年畢業(yè)于中國石油大學（華東）（油氣儲運專業(yè)），從事油氣田與管道節(jié)能節(jié)水技術(shù)研究與管理工作，E-mail：lvbolong@petrochina.com.cn，地址：北京市志新西路3號中國石油規(guī)劃總院，100083。