抽油機(jī)井電機(jī)對(duì)調(diào)提高節(jié)能效率設(shè)計(jì)方法

何賢

摘要：現(xiàn)階段對(duì)抽油機(jī)井適配電機(jī)功率的選擇，一般以抽油機(jī)在啟動(dòng)時(shí)需要克服的機(jī)械阻力位選擇標(biāo)準(zhǔn)。但受抽油機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)以及采油原理決定，抽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)功率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于啟動(dòng)功率，因此會(huì)造成電機(jī)安裝功率較高，工作效率與能耗不成比例等不良現(xiàn)象。筆者對(duì)所在單位抽油機(jī)井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試考量，根據(jù)考量結(jié)果，部分三相異步電機(jī)與抽油機(jī)主體存在功率不匹配的問(wèn)題，電機(jī)功率利用率較低。課題研究由此出發(fā)，在研究大量文獻(xiàn)資料后結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，制定了電機(jī)對(duì)調(diào)計(jì)劃，從而確保電機(jī)功率匹配的最優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：電機(jī)效率;功率利用;載荷

現(xiàn)階段筆者所在大慶油田，多數(shù)有桿采油設(shè)備均使用三相異步電機(jī)作為機(jī)械動(dòng)力源。根據(jù)油田2018年的末的基采能耗調(diào)查數(shù)據(jù)資料顯示，電機(jī)功率不匹配、電機(jī)功率利用率較低的現(xiàn)象極為普遍。受石油資源的開(kāi)采特性決定，在資源的開(kāi)采后期采油成本不斷提高，企業(yè)利潤(rùn)范圍被一再壓榨，因此企業(yè)必須提高自身成本控制和管理工作，才能確保企業(yè)未來(lái)的可持續(xù)發(fā)展能力，為此我油田制定了一系列的節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)計(jì)劃和管理措施，電能的節(jié)約與控制是其中重要的內(nèi)容和目標(biāo)。筆者對(duì)自身生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)抽油機(jī)設(shè)備以及電機(jī)使用情況進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)合實(shí)際匹配情況與節(jié)能控制目標(biāo)，制定了詳細(xì)的電機(jī)對(duì)調(diào)計(jì)劃，符合降本增效的企業(yè)戰(zhàn)略。

一、電機(jī)功率計(jì)算方法

根據(jù)前文所述，現(xiàn)階段我廠抽油機(jī)設(shè)備均采用三相異步電動(dòng)機(jī)電機(jī)，游梁抽油機(jī)在停機(jī)在啟動(dòng)時(shí)需要克服較大的啟動(dòng)阻力，電機(jī)功率過(guò)低會(huì)造成抽油機(jī)設(shè)備的啟動(dòng)失敗。因此現(xiàn)場(chǎng)主要考慮大功率電機(jī)。首先，在現(xiàn)場(chǎng)完成對(duì)抽油機(jī)各個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的測(cè)量，重點(diǎn)確定目標(biāo)抽喲及最大以及最小的點(diǎn)載荷數(shù)據(jù)，以便依據(jù)該數(shù)據(jù)計(jì)算電機(jī)輸出的最大扭矩和啟動(dòng)扭矩，從而確定最優(yōu)的匹配功率。

在實(shí)際測(cè)量計(jì)算中，一般認(rèn)為動(dòng)力端最大輸出扭矩作用時(shí)間與抽油機(jī)啟動(dòng)載荷最大時(shí)間相同。對(duì)電機(jī)的最大輸出扭矩計(jì)算，可以通過(guò)測(cè)量抽油機(jī)設(shè)備曲柄運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的最大扭矩。計(jì)算電機(jī)所需功率。

二、單井合理功率設(shè)計(jì)

根據(jù)課題研究需求，筆者對(duì)生產(chǎn)管理范圍內(nèi)的代號(hào)為X11的5型游梁抽油機(jī)，進(jìn)行了詳細(xì)的運(yùn)行參數(shù)測(cè)試。經(jīng)過(guò)測(cè)試計(jì)算，該設(shè)備在運(yùn)行中最大載荷為39.16kn，最小載荷為2359kn，每個(gè)沖程曲柄位移2.5m;沖次為4/min。根據(jù)扭矩計(jì)算公式可得，在目標(biāo)抽油運(yùn)轉(zhuǎn)中，曲柄扭矩為12362.85N.m。該設(shè)備使用的電機(jī)為8型750r轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速電機(jī)。電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩為66N.m?；跍y(cè)試曲線的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，該抽油機(jī)與電機(jī)組合下，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的啟動(dòng)電流為204.6A，啟動(dòng)后正常機(jī)械循環(huán)電流為3.6A.啟動(dòng)電流約為正常運(yùn)轉(zhuǎn)電流的6倍。根據(jù)Nr= [1800+0.202（P max -P min）]S公式，可以得出電機(jī)的理論適配額度為6.4千瓦。但在實(shí)際設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)容易受到外部環(huán)境以及井下因素影響，其中產(chǎn)量波動(dòng)對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)載荷影響影響較大。以新投產(chǎn)油丼最為明顯。因此為了確保設(shè)備正常生產(chǎn)，電機(jī)應(yīng)選擇功率大于額定功率30%的電機(jī)。但我廠現(xiàn)存電機(jī)最小功率為15kw。因此選詞該電機(jī)作為x11的匹配電機(jī)。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

基于目標(biāo)抽油機(jī)的電機(jī)效率曲線數(shù)據(jù)分析，可以得出該抽油機(jī)電機(jī)利用率利用率較低，24小時(shí)周期內(nèi)利用效率為20%，電機(jī)使用效率為80%;當(dāng)功率利用率為40%。經(jīng)過(guò)對(duì)電機(jī)功率的參照對(duì)比測(cè)試，電機(jī)功率利用率與電機(jī)效率處于正相關(guān)的波動(dòng)關(guān)系。電機(jī)效率伴隨電機(jī)功率利用率持續(xù)上漲，在數(shù)值接近額定功率時(shí)，電機(jī)效率停止增長(zhǎng)，因此可以認(rèn)為，裝配電機(jī)的功率利用率無(wú)限接近額定功率的電機(jī)，為該機(jī)械設(shè)備的最佳功率。

為了進(jìn)一步研究電機(jī)額定功率與抽油機(jī)機(jī)械設(shè)備的匹配關(guān)系，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了下一步的詳細(xì)對(duì)調(diào)測(cè)試。首先計(jì)算抽油機(jī)設(shè)備的啟動(dòng)扭矩需求，在電機(jī)滿(mǎn)足抽油機(jī)啟動(dòng)扭矩的前提下，制定對(duì)調(diào)計(jì)劃。對(duì)掉范圍為電機(jī)利用率低于10%和高于50%部分抽油機(jī)設(shè)備進(jìn)行對(duì)調(diào)。

X12井，目前使用功率為45kw、750r/min的電機(jī)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及電機(jī)功率曲線圖，該抽油機(jī)設(shè)備實(shí)際有效功率為4.115，無(wú)效功率為10.47kvar。功率利用率約為10%左右。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中最大扭矩為27.82kn，最小扭矩為15.56kn。曲柄最大位移2.1.m，沖次為6次/min.基于前文所述電機(jī)功率計(jì)算方法可以得出結(jié)論，該抽油機(jī)抽油機(jī)設(shè)備的理論適配功率為10.5kw，根據(jù)的該井的產(chǎn)液情況，以及機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，該設(shè)備功率浮動(dòng)約為35%?，F(xiàn)使用功率為15kw的電機(jī)無(wú)法全面滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)需求。因此選擇19kw電機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)調(diào)。對(duì)調(diào)后經(jīng)觀察測(cè)試，電機(jī)功率利用率、電機(jī)效率顯著提高，其中電機(jī)功率利用率達(dá)到了21.5%。隨后對(duì)該設(shè)備進(jìn)行電量測(cè)試，匹配19kw電機(jī)后，該抽油機(jī)設(shè)備耗電量為138.38wh.對(duì)比15kw電機(jī)的166.32wh。電能節(jié)約為16.8%。

X13井，現(xiàn)使用功率為19kw，750r/min轉(zhuǎn)速的電機(jī)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)功率測(cè)試x13有效功率為8.96kvar，無(wú)效功率為19.39kvar。功率利用率約為47.2%。隨后對(duì)x13運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的載荷、沖程、沖次情況進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算得出設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄扭矩為20713.62n.m。結(jié)合油井實(shí)際產(chǎn)業(yè)情況以及設(shè)備狀態(tài)，該設(shè)備對(duì)電機(jī)功率的理論需求為34kw?，F(xiàn)有電機(jī)功率過(guò)小，導(dǎo)致該設(shè)備能耗大并存在啟動(dòng)困難的為題。在對(duì)調(diào)37k電機(jī)后，情況得到了有效的改善。功率利用率降低為 24.22%，電機(jī)效率可由 90%將至 82%。實(shí)際安裝前電量 136.32kWh，安裝后電量 144.41kWh，實(shí)際節(jié)電率為-5.93%。電機(jī)對(duì)調(diào)后，調(diào)小電機(jī)節(jié)電率為 16.8%，調(diào)大電機(jī)節(jié)電率為-5.93%，綜合節(jié)電率為5.44%。

針對(duì)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)電機(jī)功率不匹配的抽油機(jī)設(shè)備，詳細(xì)測(cè)量了所有抽油機(jī)設(shè)備的電機(jī)需求參數(shù)，并集合現(xiàn)有電進(jìn)行了電機(jī)對(duì)調(diào)工作。累計(jì)對(duì)掉次數(shù)29次，生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)抽油機(jī)設(shè)備的電機(jī)功率匹配情況金本符合運(yùn)轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)調(diào)工作后，抽油機(jī)設(shè)備平均節(jié)電量為4.8%，總節(jié)電量為16.4%。實(shí)現(xiàn)了節(jié)能增產(chǎn)的初衷。

總結(jié)

隨著石油資源開(kāi)采的逐漸深入，開(kāi)采成本和開(kāi)采難度逐漸升高，石油企業(yè)進(jìn)入了微利時(shí)代，為了確保企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的獲得能力，提高企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Γ枰娼档蜕a(chǎn)成本，筆者所在油田基采設(shè)備多數(shù)為以電機(jī)作為機(jī)械動(dòng)力源的帶桿抽油設(shè)備，電能消耗是生產(chǎn)成本的重要組成部分。電機(jī)與抽油機(jī)設(shè)備不匹配會(huì)造成設(shè)備耗電量的上升，課題以節(jié)能增產(chǎn)為研究目的，對(duì)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的抽油機(jī)設(shè)備進(jìn)行了對(duì)調(diào)研究，根據(jù)電機(jī)的啟動(dòng)扭矩和生產(chǎn)波動(dòng)變化，確定合理的電機(jī)功率區(qū)間，達(dá)到降本增效的目的。

參考文獻(xiàn)：

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