抽油機(jī)節(jié)能配電裝置應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

江杰（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

抽油機(jī)節(jié)能配電裝置應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

江杰（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流大，功率因數(shù)低，平均負(fù)載率低、能耗大，調(diào)參繁瑣，導(dǎo)致油井桿管偏磨，檢泵周期縮短，抽油機(jī)井耗電量大，噸油成本高。為此，在抽油機(jī)井上開展了節(jié)能配電裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，兩種節(jié)能配電裝置抽油機(jī)伺服控制器和抽油機(jī)多功能調(diào)速裝置都具有軟啟動(dòng)特性，可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)速的目的，與抽油機(jī)的變負(fù)載特性匹配，節(jié)能效果明顯，節(jié)電率在15%以上，具有良好的應(yīng)用前景。

抽油機(jī) 伺服控制器 多功能調(diào)速裝置 應(yīng)用效果

抽油機(jī)作為機(jī)械采油井的主要舉升工藝技術(shù)，因其自身的重載啟動(dòng)特性，在設(shè)計(jì)匹配電動(dòng)機(jī)容量時(shí)，需要增大電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率[1]，以滿足抽油機(jī)的啟動(dòng)負(fù)載需求，從而保證抽油機(jī)的正常運(yùn)行。使用中，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流大，功率因數(shù)低，能耗大，調(diào)參繁瑣。受到設(shè)備等因素的限制，一般情況下最低沖速只能達(dá)到3 min-1且現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整工作量較大，使得油井檢泵周期短，耗電量大，管、桿磨損嚴(yán)重，噸油成本高。如何在不影響油井產(chǎn)量的前提下，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、降低開采成本和提高工作效率、提高經(jīng)濟(jì)效益始終是油田普遍關(guān)心的問題。因此，在抽油機(jī)井上開展節(jié)能配電裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，應(yīng)用抽油機(jī)伺服控制器和抽油機(jī)多功能調(diào)速裝置，得到了較好的效果。

1 基本概況

統(tǒng)計(jì)2014年底抽油機(jī)井，平均單井日產(chǎn)液23.31 t，日產(chǎn)油1.68 t，綜合含水92.79%，平均流壓3.61 MPa，平均泵效45.38%，平均單耗11.34 kWh/t?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的平均負(fù)載率不足30%[2]。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流大，功率因數(shù)低，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。

隨著油田開采時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)量不斷遞減，出現(xiàn)供液不足現(xiàn)象，產(chǎn)量波動(dòng)較大。另外近年產(chǎn)能主要以過渡帶外擴(kuò)井為開采對(duì)象，表外儲(chǔ)層較發(fā)育，多為低孔、低滲以及低壓的低滲透油藏。部分油井的地下滲透能力小于抽油機(jī)的泵排量，為提高抽吸效率降低單位產(chǎn)量的能耗指標(biāo)，最直接的辦法是對(duì)油井實(shí)施間開制度。但是，實(shí)施間開制度一般會(huì)影響產(chǎn)油量，很難得到大規(guī)模實(shí)施。抽油泵是一種柱塞泵，對(duì)電動(dòng)機(jī)來講是一種恒轉(zhuǎn)矩性的負(fù)載，即電動(dòng)機(jī)的電功率與其轉(zhuǎn)速成正比，可以通過改變抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使抽油泵的排量與油井的滲透能力相適應(yīng)。通過在抽油機(jī)安裝節(jié)能配電裝置，可以根據(jù)油井的出液量，自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)整功率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用

2.1 抽油機(jī)伺服控制器

伺服控制器是用來控制電動(dòng)機(jī)的一種器件，它通過位置、速度和力矩3種方式對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，采用數(shù)字信號(hào)處理器作為控制核心，功率器件普遍采用以智能功率模塊為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路，在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路，以減小啟動(dòng)過程對(duì)電動(dòng)機(jī)的沖擊?？筛鶕?jù)不同井況選擇運(yùn)行參數(shù)，沖速從0.1 min-1至15 min-1之間可調(diào)，同時(shí)可大范圍的單獨(dú)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的上提速度、下放速度，可以實(shí)現(xiàn)快提慢放、慢提快放、慢提慢放等功能，有效地降低抽油機(jī)的動(dòng)載荷，提高采油系統(tǒng)的效率。

2.1.1 老井區(qū)塊應(yīng)用

2013年8月，在試驗(yàn)井1上分別采取工頻、伺服狀態(tài)進(jìn)行了生產(chǎn)數(shù)據(jù)錄取，并按SY/T 6422—2008進(jìn)行能耗測(cè)試，應(yīng)用效果見表1。載荷泵效對(duì)比見表2。該井應(yīng)用CYJ10-3-37HB型抽油機(jī)，沖程3 m，沖速6 min-1，功示圖反映供液不足。在不影響油井產(chǎn)量的前提下，伺服狀態(tài)較工頻狀態(tài)相比平均有功節(jié)電率22.9%左右，功率因數(shù)提高到0.8以上。

表1 試驗(yàn)井1伺服控制器應(yīng)用效果對(duì)比

表2 試驗(yàn)井1伺服控制器載荷泵效對(duì)比

試驗(yàn)過程示功圖見圖1。從測(cè)試結(jié)果看，試驗(yàn)井抽汲的慣性載荷降低，抽油泵充滿程度提高，泵效提高。

圖1 試驗(yàn)井1示功圖測(cè)試情況對(duì)比

2.1.2 新投區(qū)塊應(yīng)用

2013年新投區(qū)塊井為過渡帶外擴(kuò)井，過渡帶地區(qū)砂體基本處于整個(gè)油層的尖滅區(qū)域，碎屑物質(zhì)供應(yīng)不足，又處于油田的過渡帶，總體上表外儲(chǔ)層較發(fā)育。該區(qū)塊油層巖性、物性、滲透性較差，產(chǎn)液量低、黏度高，人工控制調(diào)整參數(shù)，需要從較低轉(zhuǎn)速逐步摸索上調(diào)，會(huì)造成泵充滿程度低、抽油桿桿柱偏磨現(xiàn)象，導(dǎo)致檢泵作業(yè)頻繁，抽油機(jī)能耗高等情況發(fā)生，不利于發(fā)揮油井潛能。

在新投區(qū)塊安裝抽油機(jī)井伺服控制器34套，選取生產(chǎn)參數(shù)相近的鄰近未安裝抽油機(jī)井伺服控制器老井，與本區(qū)塊已安裝井進(jìn)行對(duì)比，平均泵效由32.2%提高到45.08%，提高12.78%，系統(tǒng)效率由24.17%提高到27.03%，提高2.86%，平均有功百米噸液?jiǎn)魏挠?.23 kWh下降到1.04 kWh，有功節(jié)電率達(dá)到15.45%，應(yīng)用效果見表3。

2.2 抽油機(jī)多功能調(diào)速裝置

抽油機(jī)多功能調(diào)速裝置主要由傳感器、分析儀、變頻器等部分組成。傳感器用于分辨上、下沖程信號(hào)，并將信號(hào)傳給分析儀，分析儀對(duì)工況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，提供準(zhǔn)確有效的開關(guān)信號(hào)；變頻器接收工作指令并執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)軟啟、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整等功能。

2.2.1 軟啟動(dòng)特性試驗(yàn)

軟啟動(dòng)特性試驗(yàn)使用檢測(cè)周期為每次0.02 s，試驗(yàn)井4應(yīng)用CYJY6-2.5-26HB游梁式抽油機(jī)，在動(dòng)液面為434.33 m工況下的工頻啟動(dòng)（即未使用變頻器）與使用變頻器后的啟動(dòng)電流、有功功率對(duì)比，見圖2。

圖2 試驗(yàn)井4現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況對(duì)比

表3 新投區(qū)塊伺服控制器應(yīng)用效果對(duì)比

表4 安裝調(diào)速裝置前后數(shù)據(jù)對(duì)比

由圖2可以看出，工頻啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流為正常運(yùn)行時(shí)的7～8倍，而變頻啟動(dòng)的電流小于正常運(yùn)行時(shí)電流值。

2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2014年初在小于零下20℃低溫條件下對(duì)安裝調(diào)速裝置3口井進(jìn)行測(cè)試，安裝調(diào)速裝置前后數(shù)據(jù)對(duì)比見表4，系統(tǒng)效率由措施前20.76%提高到24.87%，提高4.11%，增幅19.78%，平均有功百米噸液?jiǎn)魏挠?.39 kWh下降到1.18 kWh，有功節(jié)電率達(dá)到15.11%。

3 結(jié)語

1）兩種節(jié)能配電裝置都具有軟啟動(dòng)特性，可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)速的目的，與抽油機(jī)的變負(fù)載特性匹配，節(jié)能效果明顯，試驗(yàn)節(jié)電率在15%以上。

2）兩種節(jié)能配電裝置具有很好的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性，滿足室外環(huán)境要求，適合與不同機(jī)型相匹配達(dá)到節(jié)能降耗的目的。從投資考慮，老井可隨電動(dòng)機(jī)、控制箱現(xiàn)場(chǎng)匹配試驗(yàn)逐步更換，新投產(chǎn)能區(qū)塊可加大推廣應(yīng)用力度。

[1]何繼峰.抽油機(jī)井高能耗原因及降耗措施應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能,2013(6):39-40.

[2]卜文杰,王文秀,秦曉冬,等.提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的理論分析與對(duì)策措施[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2008(3): 38-41.

[3]馮成寶.油田抽油機(jī)的現(xiàn)狀及節(jié)能方式綜述[J].內(nèi)蒙古石油化工,2008(3):31-33.

[4]鄭剛銳,吳照云,梁士軍,等.SY/T 6422—2008 石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測(cè)定[S].北京:石油工業(yè)出版社, 2008.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.018

2015-04-03）

江杰，工程師，2007年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)，從事采油工程方案編制工作，E-mail：jjiesk@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市第五采油廠技術(shù)大隊(duì)，163513。