電控換向型無游梁式抽油機的能耗監(jiān)測與節(jié)能效果

孫守淵 王艷麗 陳勇 郭霄 曹偉

（1.中國石油玉門油田分公司鉆采工程研究院；2.中國石油玉門油田分公司方圓物業(yè)管理有限責(zé)任公司；3.中國石油玉門油田分公司規(guī)劃計劃處）

電控換向型無游梁式抽油機的能耗監(jiān)測與節(jié)能效果

孫守淵1王艷麗2陳勇3郭霄1曹偉1

（1.中國石油玉門油田分公司鉆采工程研究院；2.中國石油玉門油田分公司方圓物業(yè)管理有限責(zé)任公司；3.中國石油玉門油田分公司規(guī)劃計劃處）

針對近年來電控換向型無游梁式抽油機的普及，在研究了其結(jié)構(gòu)原理和能耗特點的基礎(chǔ)上，制定能耗監(jiān)測方法。經(jīng)現(xiàn)場實驗證明，該方法滿足電控換向型無游梁式抽油機能耗評價需要；同時，對電控換向型無游梁式抽油機節(jié)能效果進行了評價。

無游梁式抽油機；能耗；監(jiān)測

隨著世界油氣資源的不斷開發(fā)，開采油層深度逐年增加，石油含水量也不斷增加，為了減少能耗，提高經(jīng)濟效益，一般都采用長沖程、低沖速的采油方式。而在油田的采油設(shè)備中，游梁式抽油機應(yīng)用最為普遍，數(shù)量也最多。大量的游梁式抽油機難以實現(xiàn)長沖程、低沖速、平衡度精確的要求，運行在低效率區(qū)，造成能源浪費，設(shè)備損耗嚴(yán)重，給油田帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此，研制平衡度精確的新型節(jié)能抽油機，使抽油機的參數(shù)更好地適應(yīng)地上、地下工況，提高采油系統(tǒng)的效率，節(jié)約電能，降低開采成本成為主要研究方向[1-6]，從而應(yīng)運而生了具有精確平衡度和低能耗的電控換向型無游梁式抽油機。這一新型節(jié)能抽油機的出現(xiàn)，給機械采油系統(tǒng)能耗監(jiān)測提出了挑戰(zhàn)。針對這一問題，全面學(xué)習(xí)了電控換向型無游梁式抽油機的結(jié)構(gòu)、原理、能耗特點后，制定出電控換向型無游梁式抽油機能耗監(jiān)測和計算方法，并與游梁式抽油機比較評價了其節(jié)能效果。

1 結(jié)構(gòu)

電控換向型無游梁式抽油機主要由復(fù)式永磁電動機、立柱、皮帶、懸繩器、滑輪組、后平衡裝置和智能電氣控制柜裝置等組成。其具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 電控換向型無游梁式抽油機結(jié)構(gòu)

2 工作原理

電控換向型無游梁式抽油機采用復(fù)式永磁同步電動機作為抽油機的原動力，圓形立柱機架高位支撐，一側(cè)通過柔性皮帶懸掛配重，另一側(cè)也通過柔性皮帶連接帶動抽油桿，抽油桿和配重形成了天平式的平衡，相互不斷地交換儲存和釋放勢能。變頻控制系統(tǒng)控制復(fù)式永磁同步電動機的轉(zhuǎn)速、啟停和換向，電動機的外轉(zhuǎn)子作為皮帶卷軸，通過固定安裝在塔架平臺上滑輪組，將皮帶組一端與抽油機懸繩器、光桿連接，另一端與內(nèi)部裝有平衡塊的平衡箱連接，實現(xiàn)運行過程中提液與配重的平衡抽汲。抽油機運行上沖程時，電動機外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，提升抽油桿柱、泵和液；同時，另一端平衡箱下行，當(dāng)平衡箱下行到設(shè)定沖程位置時，觸發(fā)位置傳感器，將信號反饋給電控系統(tǒng)，系統(tǒng)迅速發(fā)出減速、換向指令，使電動機減速、更換旋轉(zhuǎn)方向，結(jié)束上沖程，開始下沖程。平衡箱行走導(dǎo)軌垂直連接在塔架上，由平衡箱上固定的滾輪在導(dǎo)軌上直線往復(fù)行走，實現(xiàn)高精度軌跡行走。始終如此循環(huán)，實現(xiàn)抽油機帶動抽油桿柱、抽油泵抽汲油液。

3 性能特點

以WCYJD14-8-40Z型無游梁式抽油機為例：額定懸點載荷140 kN；最大沖程8 m；額定起重量40 t；最高沖速3 min-1；電動機額定功率24 kW；額定扭矩11.5 kN·m；額定電壓380 V；最大額定單邊提升質(zhì)量5 t（1 min內(nèi)）；整機最大質(zhì)量（不含配重）11 t。最大沖程可達8 m、最低沖速0.5 min-1，突破了游梁式抽油機最大沖程和最低沖速的局限；配重塊落地，調(diào)平衡時能夠安全、迅速地完成，實現(xiàn)了精準(zhǔn)平衡度調(diào)整要求；應(yīng)用數(shù)字化控制的永磁同步制動電動機技術(shù)，能夠柔性啟動、加速、減速、超低速運行，避免了抽油機換向啟動的機械沖擊，做到了抽油機只保養(yǎng)無大修，延長了抽油機的使用壽命。運用程序自動控制和變頻調(diào)速技術(shù)，調(diào)整參數(shù)簡便易行，無級分別調(diào)整上下沖速，實現(xiàn)了現(xiàn)代智能化采油。電控換向型無游梁式抽油機與游梁式抽油機性能對比見表1。

4 能耗監(jiān)測

電控換向型無游梁式抽油機能耗監(jiān)測如圖2所示進行現(xiàn)場測試：測試點①測試電動機輸入端電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、最大功率、最小功率、上下沖程最大電流；測試點②測試示功圖、沖速；測試點③測試動液面深度、油壓、套壓；測試點④測試產(chǎn)液量、含水、液體密度；其他記錄參數(shù)為抽油機型號、額定沖速、額定沖程，電動機型號、額定功率、額定電流、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、制造日期，配電箱型號、制造單位、泵掛深度等。

表1 電控換向型無游梁式抽油機與游梁式抽油機性能對比

圖2 電控換向型無游梁式抽油機井測點示意

4.1 效率

按照GB/T 5264—2012《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法》規(guī)定計算電控換向型無游梁式抽油機地面效率、井下效率和系統(tǒng)效率[7]。

4.2 精確平衡度

4.2.1 精確平衡度概念

抽油機運行時下沖程最大功率與上沖程最大功率差值的絕對值，與上下沖程最大功率中較大的功率的比值；或抽油機運行時下沖程最大電流與上沖程最大電流差值的絕對值，與上下沖程最大電流中較大的電流的比值，以百分?jǐn)?shù)表示[8]。

4.2.2 精確平衡度計算方法

按式（1）或式（2）計算：

式中：B——抽油機井精確平衡度，%；

NDmax——下沖程最大功率，kW；

NUmax——上沖程最大功率，kW；

IDmax——下沖程最大電流，A；

IUmax——上沖程最大電流，A。

4.3 指標(biāo)要求

電控換向型無游梁式抽油機電動機功率因數(shù)和系統(tǒng)效率按照GB/T 31453—2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》規(guī)定的指標(biāo)要求進行評價[9]；精確平衡度評價按照表2的指標(biāo)要求進行評價。

表2 精確平衡度指標(biāo)要求

5 能耗監(jiān)測實例與節(jié)能效果

在采油廠選取了8口安裝CYJQ14-6-73HPB型游梁式抽油機的井為監(jiān)測對象。在井下桿柱組合不動的情況下，直接把抽油機更換為WCYJD14-8-40Z型電控換向型無游梁式抽油機進行測試、計算和評價。并且按照SY/T 6422—2016《石油企業(yè)用節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》規(guī)定的能效比對測試法[10]，對電控換向型無游梁式抽油機的節(jié)能效果進行了評價。詳細的能耗監(jiān)測情況和節(jié)能效果見表3。

由表3可知，電控換向型無游梁式抽油機與游梁式抽油機相比，平均功率因數(shù)提高了0.068 6，平均系統(tǒng)效率提高了3.39%，有功節(jié)電率20.43%，無功節(jié)電率38.61%，綜合節(jié)電率21.47%。其中，6臺電控換向型無游梁式抽油機精確平衡度與平衡度判定結(jié)果一致；2臺（YK1-3和YK1-15）判定結(jié)果不一致，平衡度判定合格，精確平衡度判定不合格，說明精確平衡度要求更高，更能夠挖掘節(jié)能潛力。

表3 電控換向型無游梁式抽油機的能耗監(jiān)測情況和節(jié)能效果

6 結(jié)論

1）通過現(xiàn)場實踐測試，電控換向型無游梁式抽油機的電動機功率因數(shù)、效率和精確平衡度評價適用于電控換向型無游梁式抽油機的能耗監(jiān)測。

2）電控換向型無游梁式抽油機的精確平衡度計算評價，滿足抽油機朝著精確平衡方向的發(fā)展平衡度評價要求，能夠挖掘更多的抽油機節(jié)能潛力，推動低能耗節(jié)能型抽油機的發(fā)展。

3）電控換向型無游梁式抽油機與游梁式抽油機對比的實例表明，電控換向型無游梁式抽油機具有一定節(jié)能效果。

[1]孫守淵，陳勇.機采系統(tǒng)節(jié)能潛力的研究[J].石油石化節(jié)能，2016，6（1）：18-21.

[2]劉樹義，畢宏勛，張新霞.冀東油田機械采油系統(tǒng)效率的研究[J].石油規(guī)劃設(shè)計，2006（9）：1-4.

[3]李興，康成瑞，鄒俊松.低滲透油田機采系統(tǒng)效率影響因素分析[J].石油和化工技術(shù)，2008（3）：14-17.

[4]薛瑞新.提高機采井效能技術(shù)研究與應(yīng)用[J].科技資訊，2007（31）：14.

[5]趙玉明.提高抽油機井系統(tǒng)效率配套節(jié)能技術(shù)研究[J].節(jié)能技術(shù)，2009（5）：474-475.

[6]孫守淵，李亞軍，王艷麗.變頻技術(shù)對抽油機的節(jié)能影響[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2008（2）：73-74.

[7]國家能源局.油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法：SY/T 5264—2012[S].北京：石油工業(yè)出版社，2012：1-12.

[8]國家能源局.無游梁式抽油機:SY/T 6729—2014[S].北京：石油工業(yè)出版社，2014：1-16.

[9]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范：GB/T 31453—2015[S].北京：石油工業(yè)出版社，2015：1-3.

[10]國家能源局.石油企業(yè)用節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定：SY/T 6422—2016[S].北京：石油工業(yè)出版社，2016：1-3.

2017-05-20

（編輯 張興平）

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.10.007

孫守淵，高級工程師，2003年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)（金屬材料工程專業(yè)），從事油田節(jié)能監(jiān)測工作，E-mail：ymsunsy@petrochina.com.cn，地址：甘肅省酒泉市肅州區(qū)石油基地檔案樓812室，735019。