抽油機井液力耦合裝置的應(yīng)用與評價

劉剛 （大慶油田有限責任公司第六采油廠）

抽油機井液力耦合裝置的應(yīng)用與評價

劉剛 （大慶油田有限責任公司第六采油廠）

針對油田常規(guī)異步電動機配備裝機功率大、能耗高、效率低的問題，在某采油廠現(xiàn)場試驗應(yīng)用抽油機井電動機液力耦合傳動裝置。利用液力耦合裝置的泵輪力矩與其轉(zhuǎn)速的平方成正比的原理，通過起動瞬間泵輪的低轉(zhuǎn)速運行來降低電動機啟動力矩。試驗表明，與傳統(tǒng)變頻等設(shè)備相比，液力耦合傳動裝置帶動電動機能有效降低啟動力矩，降載效果好，可有效降低電動機有功消耗，有功節(jié)電率可達到10.8%。

抽油機；雙速高轉(zhuǎn)差率電動機；節(jié)能降耗

隨著油田進入采油中后期，新井、加密井的不斷增加，其中抽油機占較大部分，但受油田含水上升影響，電動機所需啟動力矩大，匹配大功率電動機導(dǎo)致負荷不足問題更加突出；因此，大功率電動機啟動滿足需求，但是運行空載損耗大，導(dǎo)致電動機能耗更高，無論電動機投入還是后期通過變頻改造，成本更高，制約了油田節(jié)能降耗發(fā)展。

液力傳動技術(shù)在其他工業(yè)領(lǐng)域達到一定規(guī)模應(yīng)用，將液力耦合傳動技術(shù)應(yīng)用在抽油機井中，可有效降低電動機負載，改善傳動效果，提高機械傳動效率的作用。

1 液力耦合裝置的結(jié)構(gòu)與原理

抽油機用液力傳動裝置，由傳動裝置主動軸、主動輪、被動輪及外殼組成（圖1）。

圖1 液力傳動裝置結(jié)構(gòu)示意圖

電動機的動力通過耦合裝置主動軸傳導(dǎo)給主動輪，經(jīng)過注入耦合裝置內(nèi)的液體介質(zhì)，通過泵輪到被動輪，將液體能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機械能，最終帶動電動機皮帶輪轉(zhuǎn)動[1]。

2 液力耦合裝置的功能

液力耦合裝置具備空載啟動和軟啟動功能，能保證電動機在重載狀態(tài)下輕載啟動，從而減緩沖擊，提高傳動效率；可以有效解決電動機啟動困難問題，即與電動機硬連接的剛性傳動相比，可以至少降低一個電動機機座號，從而實現(xiàn)減少電動機無功損耗，降低對電網(wǎng)沖擊，提高電網(wǎng)功率因數(shù)的目的，達到節(jié)電效果[2-3]。

3 液力耦合裝置節(jié)能實測效果

現(xiàn)場分別在抽油機井上進行了液力耦合裝置降載和同級別電動機應(yīng)用試驗。

3.1同功率級別電動機應(yīng)用液力耦合裝置試驗

對1#井和2#井改造前后抽油機的各項參數(shù)進行了測試（表1）。從2口井的測試數(shù)據(jù)中可以看出，改造后，2口井的啟動電流分別下降68 A和48 A。1#井百米噸液耗電由1.25 kWh降到0.97 kWh，2#井百米噸液耗電由1.03 kWh降到0.87 kWh；同時，系統(tǒng)效率都有所提高，分別提高了4.20個百分點和1.8個百分點。

表1 液力耦合裝置現(xiàn)場試驗效果對比

3.2液力耦合裝置降低電動機裝機功率試驗

抽油機啟動力矩大，因此電動機裝機容量選得較大，一般高出運行負荷3倍以上。而當抽油機啟動后電動機則一直在低負載狀態(tài)下運行，導(dǎo)致設(shè)備負荷與電能的多重無功損耗。

通過1#、2#井試驗表明，應(yīng)用液力耦合裝置可以降低啟動電流，從而降低電動機裝機功率。以3#井為例，應(yīng)用液力耦合裝置原75 kW電動機裝機功率降為55 kW，可以正常啟動，又能保證電動機正常工作。其有功功率降低1.2 kW，無功功率降低8.34 kvar，電動機功率因數(shù)提高0.18，同時避免了油井負載較大時啟動困難和超負荷燒電動機的問題。3#、4#井現(xiàn)場降載試驗測試數(shù)據(jù)見表2、表3。

表2 3#井現(xiàn)場降載試驗測試數(shù)據(jù)

表3 4#井現(xiàn)場降載試驗測試數(shù)據(jù)

4 經(jīng)濟效益

通過現(xiàn)場測試，應(yīng)用液力耦合裝置4口井的單井有功節(jié)電率達到10.8%，日節(jié)電27.2 kWh；按0.6183元/kWh計算，年創(chuàng)效益2.49萬元。抽油機井應(yīng)用液力耦合裝置后，在保證電動機有效傳動的同時，可合理匹配電動機的裝機功率，從而減少對原電動機設(shè)備進行改造的費用，結(jié)合提高功率因數(shù)，降低線損，經(jīng)濟效益更為可觀。

5 結(jié)論

1）液力耦合裝置能合理匹配電動機裝機功率，有效改善電動機啟動性能，通過降低裝機功率級別實現(xiàn)啟動電流下降30%～40%。

2）液力耦合裝置能實現(xiàn)電動機傳動中的軟特性。由于抽油機工作多為交變載荷，電動機工作電流變化大，每一沖速中有兩次峰值電流，應(yīng)用液力耦合裝置可以在載荷峰值時削弱峰值電流，從而極大地減少由于載荷變化引起的部件沖擊、振動，提高減速箱等部件的疲勞壽命，延長保護電動機和皮帶的使用壽命。

3）抽油機液力耦合裝置屬純機械裝置，不產(chǎn)生高次諧波，不污染電網(wǎng)，與其他節(jié)電裝置相比更加安全可靠。

[1]顏醒林.調(diào)速型液力耦合器工作原理及故障原因 排除[J].中國科技博覽,2013（27）：331.

[2]謝福志.液力耦合器控制分析[J].起重運輸機械,2011（5）：59-60.

[3]潘志勇.液力耦合器傳動液性能特點研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2008，27（8）：28-30.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.015

2015-12-18

（編輯 李發(fā)榮）

劉剛，工程師，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院成人教育學(xué)院，從事油田地面工程管理，E-mail：liugang5@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責任公司第六采油廠試驗大隊，163114。