抽油機(jī)控制技術(shù)與電動(dòng)機(jī)合理匹配研究

朱璐璐（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

抽油機(jī)控制技術(shù)與電動(dòng)機(jī)合理匹配研究

朱璐璐（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

為進(jìn)一步控制配電系統(tǒng)投資，降低機(jī)采系統(tǒng)運(yùn)行能耗，找到電動(dòng)機(jī)與抽油機(jī)控制技術(shù)的最優(yōu)組合形式，采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試不同組合形式能耗，對(duì)比投資回收期、功率因數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況的方法，對(duì)抽油機(jī)控制技術(shù)與電動(dòng)機(jī)的合理匹配進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：?jiǎn)嗡匐妱?dòng)機(jī)+控制裝置A的組合形式投資回收期短，功率因數(shù)高，現(xiàn)場(chǎng)操作方便，功能實(shí)用，因此將其確定為最優(yōu)組合形式。這種組合形式提高了配電系統(tǒng)適應(yīng)性，可作為指導(dǎo)采油工程方案設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。依據(jù)分析結(jié)果，在產(chǎn)能建設(shè)區(qū)塊應(yīng)用329口井，年可節(jié)電934.7×104kWh，年可節(jié)省電費(fèi)626.3萬(wàn)元。

控制技術(shù)；電動(dòng)機(jī)；投資回收期；功率因數(shù)

近2年來(lái)，為了降低某廠機(jī)采能耗，在采油工程方案中設(shè)計(jì)應(yīng)用雙速雙功率電動(dòng)機(jī)，配套使用抽油機(jī)控制技術(shù)。但目前節(jié)能電動(dòng)機(jī)和抽油機(jī)控制技術(shù)種類較多，由于對(duì)于各類節(jié)能電動(dòng)機(jī)[1]與抽油機(jī)控制技術(shù)的匹配[2]使用狀況還沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)的對(duì)比，包括投資狀況、節(jié)能狀況以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用狀況的綜合分析，方案設(shè)計(jì)無(wú)依據(jù)可參考。因此，為進(jìn)一步控制投資，降低抽油機(jī)運(yùn)行能耗，找到電動(dòng)機(jī)與抽油機(jī)控制技術(shù)最優(yōu)組合形式，以指導(dǎo)方案設(shè)計(jì)，開(kāi)展了抽油機(jī)控制技術(shù)與電動(dòng)機(jī)合理匹配研究。

1 常用電動(dòng)機(jī)和控制技術(shù)類型

1.1 常用電動(dòng)機(jī)

1.1.1 高轉(zhuǎn)差率雙功率電動(dòng)機(jī)

雙功率電動(dòng)機(jī)的定子繞組采用兩個(gè)繞組。即一個(gè)多匝繞組和一個(gè)少匝繞組。根據(jù)負(fù)荷的變化，通過(guò)外部控制線路的切換來(lái)改變電動(dòng)機(jī)線圈的繞組連接方式，調(diào)整其運(yùn)行方式。

電動(dòng)機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的高轉(zhuǎn)差，使電動(dòng)機(jī)具備較大啟動(dòng)力矩[3]，啟動(dòng)電流小；根據(jù)井況轉(zhuǎn)換高、低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，沖速調(diào)整容易，適合在不同井況下使用。

1.1.2 超高轉(zhuǎn)差率單功率電動(dòng)機(jī)

超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)具備更大啟動(dòng)力矩，啟動(dòng)電流小，固定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，單位電流形成的啟動(dòng)力矩是普通電動(dòng)機(jī)的6倍多，價(jià)格低于雙速雙功率電動(dòng)機(jī)。

1.2 抽油機(jī)控制技術(shù)

1.2.1 控制技術(shù)A

控制技術(shù)A可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)連續(xù)調(diào)整沖速，方便生產(chǎn)管理；實(shí)現(xiàn)軟停軟啟，保護(hù)電動(dòng)機(jī)；自動(dòng)跟蹤電流上限值，隨工況智能輸出電流；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有功、無(wú)功功率及電流值。

1.2.2 控制技術(shù)B

控制技術(shù)B結(jié)合抽油機(jī)結(jié)構(gòu)特性和桿管泵的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特點(diǎn)，以電動(dòng)機(jī)變速驅(qū)動(dòng)為手段，通過(guò)優(yōu)化懸點(diǎn)的運(yùn)行速度軌跡，實(shí)施舉升過(guò)程實(shí)時(shí)變速運(yùn)行，達(dá)到?jīng)_程內(nèi)按最佳容積泵效需求以及桿柱與地面設(shè)備負(fù)荷最小需求實(shí)施過(guò)程柔性變速；沖速按供采平衡與最大充滿度原則，進(jìn)行自適應(yīng)無(wú)級(jí)調(diào)速。

1.2.3 控制技術(shù)C

控制技術(shù)C采用閉環(huán)控制，在線實(shí)時(shí)顯示油井示功圖。根據(jù)示功圖計(jì)算液面高度判斷井況，自動(dòng)調(diào)節(jié)沖速，自動(dòng)調(diào)節(jié)上下沖程速度；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流、上下沖程速度、充滿度、示功圖；發(fā)生結(jié)蠟、抽油桿斷裂、電動(dòng)機(jī)過(guò)載等現(xiàn)象時(shí)，自動(dòng)報(bào)警；實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停止。

2 最優(yōu)組合形式評(píng)價(jià)研究

將以上兩種電動(dòng)機(jī)與三種抽油機(jī)控制技術(shù)組合成六種形式（表1）進(jìn)行對(duì)比研究，優(yōu)選參數(shù)相同、井況相近的22口井，并對(duì)其投資、能耗、功率因數(shù)及投資回收期情況進(jìn)行比較。

表1 抽油機(jī)控制技術(shù)與電動(dòng)機(jī)六種組合形式

2.1 投資對(duì)比

通過(guò)投資對(duì)比表明，組合二和組合五一次性投資較低（表2）。

表2 六種組合投資對(duì)比情況 萬(wàn)元

2.2 能耗對(duì)比

通過(guò)能耗對(duì)比表明，組合四和組合六平均日耗電較低（表3）。

表3 六種組合能耗對(duì)比情況

通過(guò)對(duì)比雙速電動(dòng)機(jī)和單速電動(dòng)機(jī)能耗情況，工頻運(yùn)行情況下單速電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)井平均單井日耗電101.4 kWh，與雙速電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)井相比，平均單井日耗電降低17.5 kWh（表4）。

表4 雙速電動(dòng)機(jī)與單速電動(dòng)機(jī)能耗對(duì)比

變頻運(yùn)行情況下，單速電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)井平均單井日耗電96.6 kWh，與雙速電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)井相比，平均單井日耗電降低17.9 kWh（表5）。

表5 雙速電動(dòng)機(jī)與單速電動(dòng)機(jī)能耗對(duì)比

2.3 功率因數(shù)對(duì)比

通過(guò)功率因數(shù)對(duì)比表明，組合一和組合四功率因數(shù)較高（表6）。

表6 六種組合功率因數(shù)對(duì)比情況

通過(guò)對(duì)比三種抽油機(jī)控制技術(shù)功率因數(shù)情況表明，控制技術(shù)A功率因數(shù)較高，平均達(dá)到0.72（表7）。

表7 抽油機(jī)控制技術(shù)功率因數(shù)對(duì)比

2.4 投資回收期對(duì)比

統(tǒng)計(jì)某廠2016年抽油機(jī)耗電情況，八型抽油機(jī)平均日耗電170 kWh。依據(jù)六種組合形式的設(shè)備投資及耗電情況，電費(fèi)按0.63元/kWh計(jì)算，與全廠八型抽油機(jī)對(duì)比，按照投資回收期計(jì)算公式，計(jì)算了六種組合情況下的投資回收期。

計(jì)算結(jié)果表明，其中兩種組合形式投資回收期較短：一是組合四，投資回收期3.56年；二是組合六，投資回收期3.29年（表8）。

表8 六種組合投資回收期對(duì)比

2.5 最優(yōu)組合形式確定

綜合考慮投資回收期和功率因數(shù)情況，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用方便、功能實(shí)用等情況，將組合四確定為最優(yōu)組合形式（表9）。

表9 六種組合綜合對(duì)比

3 效益分析

通過(guò)抽油機(jī)控制技術(shù)與電動(dòng)機(jī)合理匹配研究，優(yōu)選出單速電動(dòng)機(jī)+控制技術(shù)A為最優(yōu)組合，提高了配電系統(tǒng)適應(yīng)性。依據(jù)分析結(jié)果，在產(chǎn)能建設(shè)區(qū)塊設(shè)計(jì)應(yīng)用329口井，年可節(jié)電934.7×104kWh，年可節(jié)省電費(fèi)626.3萬(wàn)元。

4 結(jié)論

1）同等情況下，單速電動(dòng)機(jī)平均能耗低于雙速電動(dòng)機(jī)，同時(shí)投資也低于雙速電動(dòng)機(jī)。

2）通過(guò)對(duì)比三種抽油機(jī)控制技術(shù)功率因數(shù)情況表明，控制技術(shù)A功率因數(shù)較高，平均達(dá)到0.72。

3）綜合考慮投資回收期、功率因數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)使用及主要功能的基礎(chǔ)上，確定了最優(yōu)組合形式，降低了舉升系統(tǒng)能耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益，為采油工程方案設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)和科學(xué)依據(jù)。

[1]白連平，王玉生.游梁抽油機(jī)節(jié)能電動(dòng)機(jī)選擇方法的討論[J].鉆采工藝，2007，30（2）：94-95.

[2]索恩祥.抽油機(jī)井控制柜與電動(dòng)機(jī)匹配適應(yīng)性研究[J].石油石化節(jié)能，2017，7（2）：1-2.

[3]呂亳龍，解紅軍，劉向陽(yáng)，等.抽油機(jī)用高效電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用[J].石油石化節(jié)能，2015，5（12）：17-19.

2017-05-17

（編輯 李發(fā)榮）

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.10.001

朱璐璐，工程師，2008年畢業(yè)于東北石油大學(xué)（油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)），從事采油工程方案設(shè)計(jì)工作，E-mail：zhululucy8@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠工程技術(shù)大隊(duì)，163514。