雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)在油田的應(yīng)用

于鵬　常悅?。?大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心；.大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

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雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)在油田的應(yīng)用

于鵬1常悅2（1.大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心；2.大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

隨著石油的開采，油田電能消耗比重越來越高，約占油田生產(chǎn)成本的1/3，人們一直關(guān)注如何節(jié)約能源，降低油田的生產(chǎn)成本，取得經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。為了節(jié)能降耗采取了許多措施，其中采用雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)作為抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，是改進(jìn)抽油機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要措施。通過對雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)與普通電動(dòng)機(jī)理論與現(xiàn)場測試相比，可以提高有功節(jié)電率、無功節(jié)電率和綜合節(jié)電率，節(jié)能潛力巨大。

抽油機(jī)；雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)；節(jié)能降耗

石油作為重要的能源，在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，有著“黑色黃金”的美譽(yù)。隨著石油的開采，采出液中含水率也在逐漸的提高，開采成本也相應(yīng)增加。如何節(jié)能、降低成本已成為當(dāng)今油田開采的主要研究內(nèi)容。而電動(dòng)機(jī)是油田開采的重要組成部分，也是主要的耗能設(shè)備，文中對雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的節(jié)能降耗進(jìn)行了監(jiān)測和分析。

1　雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的特性

根據(jù)抽油機(jī)的特性分析［1］，抽油機(jī)的負(fù)荷是周期變化的，以沖程為周期。因此，抽油機(jī)對驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)有一定的要求，如要有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且機(jī)械特性較軟，這些要求高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)都符合。

1.1提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

當(dāng)轉(zhuǎn)子串電阻后，異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)增大。高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的比扭矩較大的特性與抽油機(jī)帶載啟動(dòng)特性相適應(yīng)。堵轉(zhuǎn)電流和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩不可忽視，它們是分析電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能的重要因素，應(yīng)全面考慮。

1.2機(jī)械特性變“軟”

超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性“軟”，其特性曲線見圖1。由圖1可以看出，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載對其轉(zhuǎn)速影響很大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載成反比，且轉(zhuǎn)差率變化明顯，其機(jī)械特性很“軟”。

這種特性使得電動(dòng)機(jī)具有較大的轉(zhuǎn)速范圍，能夠適應(yīng)抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)載荷發(fā)生周期變化的情況，對減速器的扭矩峰值和扭矩極小值分別起到了減小和增大的作用。使抽油機(jī)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，因而可以延長設(shè)備的使用壽命。

圖1　機(jī)械特性曲線

1.3載荷特性與電動(dòng)機(jī)的選取

機(jī)采井工作的時(shí)候，負(fù)載情況很復(fù)雜。其負(fù)荷隨著抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)，發(fā)生周期性變化，因此電動(dòng)機(jī)就會(huì)經(jīng)常處于過渡過程狀態(tài)［2］。圖2為曲柄轉(zhuǎn)角和曲柄軸的扭矩的關(guān)系。電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于角速度和軸輸出扭矩的乘積。由于常規(guī)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較硬，在抽油機(jī)運(yùn)行的時(shí)候，使其近似勻速運(yùn)轉(zhuǎn)。因而曲柄轉(zhuǎn)角發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電流和有功功率也會(huì)發(fā)生明顯變化，如圖3所示。

圖2　扭矩與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線

圖3　電流曲線與有功功率曲線

高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線具有非常軟的特性，它的轉(zhuǎn)速受載荷影響而有較大變化范圍，當(dāng)載荷在增大和減小的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減小和提高的幅度都很大，而且能對抽油機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)能進(jìn)行存儲(chǔ)和釋放，使載荷波動(dòng)曲線平穩(wěn)均衡。

2　現(xiàn)場應(yīng)用效果

2015年，對大慶油田某采油廠太東198平126、太東196-126 2口井分別安裝應(yīng)用了型號(hào)為YCHD280-8/6、YCHD250-8/6的雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)。安裝前平均功率因數(shù)為0.444，安裝后平均功率因數(shù)為0.697。測試與計(jì)算結(jié)果詳見表1。

由表1可以看出，應(yīng)用雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)后，有功節(jié)電率、無功節(jié)電率、綜合節(jié)電率均得到提升，可以有效地降低能耗。

3　結(jié)論

通過對比分析得出，雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)具有操作方便、使用安全、維護(hù)費(fèi)用少等特點(diǎn)，且具有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換以及缺相、過載、短路、過熱、過壓保護(hù)等功能，能夠提升運(yùn)行效率，節(jié)電效果明顯。雙速高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)的節(jié)能監(jiān)測評價(jià)需要采用合理的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

［1］程漢湘，劉建，文小玲，等.抽油機(jī)負(fù)載特性及其功率因數(shù)提高的研究［J］.電工技術(shù)雜志，2003（5）：55-59.

［2］劉宏，王素玲.電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與抽油機(jī)載荷特性的合理匹配［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（2）：87-89.

（編輯鞏亞清）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.04.019

于鵬，工程師，2012年畢業(yè)于東北石油大學(xué)（機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)），從事油田耗能設(shè)備節(jié)能監(jiān)測工作，E-mail：yupeng6501860@163.com，地址：黑龍江省大慶石油管理局技術(shù)監(jiān)督中心，163453。

2016-05-06