節(jié)能技術(shù)探索與應(yīng)用

高榮華，羅改芬，鄒立萍

節(jié)能技術(shù)探索與應(yīng)用

高榮華1，羅改芬2，鄒立萍2

（1. 延長油田股份有限公司七里村采油廠，陜西 延安 716000；2. 延長油田股份有限公司勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西 延安 716000）

抽油機作為采油的主要設(shè)備，一直擔(dān)負著原油開采的主要任務(wù)。但由于油田開采是滾動開發(fā)，在生產(chǎn)設(shè)計之初，對抽油機所用的電力系統(tǒng)的設(shè)計，一般選擇配電變壓器容量過大，而抽油機主轉(zhuǎn)動電機功率偏小，即出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，導(dǎo)致運行極不經(jīng)濟，電能損耗大、平均功率低的問題長期存在。為保證電力網(wǎng)絡(luò)運行的經(jīng)濟性，達到節(jié)能高效的目的，本文從電機節(jié)能技術(shù)原理及應(yīng)用情況入手，評價出適合延長油田低產(chǎn)井的高效節(jié)能電機，為油田更好地降本增效提供科學(xué)依據(jù)。

節(jié)能； 電機； 降本增效

延長油田油井電機多為常規(guī)的4級和6級電機，轉(zhuǎn)速多數(shù)為1 440 r/min，調(diào)配的沖次偏大（平均在6～8次/分）。油田已進入二次采油時代，隨著油井工作時間的增加，地層壓力下降導(dǎo)致供液不足，所測的示功圖呈現(xiàn)“刀把狀”，動液面呈下降趨勢，產(chǎn)液量也逐漸減少。但是抽油機工作制度未能隨著油井產(chǎn)液量工作負荷的減少而進行適時調(diào)整，電機的運行也沒有在額定載荷下運行，很大一部分電機的負荷偏輕，未能在最佳載荷下運行。據(jù)部分采油廠調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，有18.1%的電機運行時，它的載荷只用了額定載荷的75%；35.6%的電機運行時負載占50%~75%；46.3%的電機運行時負載只占用了額定載荷的49%以下?！按篑R拉小車”的現(xiàn)象很嚴重，這樣就使得整個抽油機地面系統(tǒng)效率大大降低，從而降低機采系統(tǒng)效率水平，導(dǎo)致電能浪費嚴重，電機運行效率下降，功率因數(shù)也不能達到要求，無形中加大了生產(chǎn)成本，這與我們公司倡導(dǎo)的綠色環(huán)保節(jié)能高效的理念背道而馳。普通游梁式抽油機是一個四連桿機構(gòu)，啟動初期，載荷較大，隨著載荷的增大，到達下死點，卸載，還會產(chǎn)生向上的液柱載荷，驢頭處的懸點載荷是交變的，這就導(dǎo)致電機在運行時電流、功率、功率因數(shù)隨著驢頭處的載荷變化而變化，為了解決抽油機在啟動初期較大的靜載力矩，一般采取的是在普通的Y系列電機上加大容量，但是這很容易造成了“大馬拉小車”現(xiàn)象。為解決這一問題，應(yīng)用了永磁同步電動機、二級減速控制裝置、變頻控制裝置等節(jié)能技術(shù)。

1 二級減速裝置

該技術(shù)是在不改變現(xiàn)抽油機結(jié)構(gòu)方式情況下，以純機械的方式調(diào)整抽油機沖次，探索清潔綠色的節(jié)能技術(shù)。

在電機和皮帶輪之間增加二級減速裝置，即可將抽油機的沖次降低1~3倍，以適應(yīng)不同低滲透、超低滲透油田的技術(shù)需要。整機的齒輪采用硬齒面漸開線齒形的螺旋設(shè)計，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、耐磨、耐沖擊、壽命長；采用簡單可靠的頂壓機構(gòu)連接，確保皮帶傳動的穩(wěn)定、可靠，環(huán)境適應(yīng)性好。通過二級減速裝置降低抽油機電機的轉(zhuǎn)速，從而降低抽油機的沖次，減少桿管偏磨次數(shù)，提高電機功率和抽油泵的充盈率，可大大減降低油管和抽油桿偏磨損傷的速率，降低油井作業(yè)成本，達到節(jié)能降耗的目的。

選取永寧采油廠為試驗井，井深1 200~1 500米，替換為7.5 kW的二級減速電機，結(jié)合選井原則及吳起采油廠的采油現(xiàn)狀，將該廠原來的電機替換為11 kW的二級減速電機，安裝后油井節(jié)電效果明顯。永寧采油廠試驗井平均日節(jié)電量為25.5千瓦時，節(jié)電率達到31.4%；吳起采油廠試驗井平均日節(jié)電量為36.8千瓦時，節(jié)電率達到27.9%。吳起采油廠試驗井較永寧采油廠油井偏深，節(jié)電量更明顯。在同等抽油環(huán)境下，將原來的普通電機替換為二級減速電機，油井產(chǎn)液量正常，油井沖次降到3次/min左右，油井節(jié)電效果十分明顯。

2 稀土永磁電機

普通的電機是利用通電線圈(也就是定子繞組)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子(如鼠籠式閉合鋁框)形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。稀土永磁同步電機是用釹鐵硼材料的永磁體代替定子繞組的勵磁電流進行勵磁。穩(wěn)態(tài)情況下，定子旋轉(zhuǎn)磁場與永磁體建立的主極磁場保持相對靜止，主極磁場隨著旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)動，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步，它們之間相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩[2]。其工效和功率因數(shù)要比一般異步電機更高，而且還省電，自身機械特性較硬，運行過程中無轉(zhuǎn)速差異。稀土永磁材料的發(fā)展分為三個階段，第一代是美國道爾頓Strnat教授發(fā)現(xiàn)的釤鈷永磁材料，化學(xué)式為RCo5；第二代稀土永磁材料，其化學(xué)式為R2Co17；第三代稀土永磁材料釹鐵硼，化學(xué)式NdFeB，其磁性能高于其他永磁材料，價格低于稀土鈷永磁材料。

在長慶油田第一采油廠杏河作業(yè)區(qū)選取兩口試驗井，測試稀土永磁同步電動機RSM160L-6性能，結(jié)果表明該稀土永磁同步電動機可以替代比它大一個規(guī)格的三相異步電動機，并且節(jié)能效果顯著，具有巨大的應(yīng)用價值。

3 變頻調(diào)參技術(shù)

油井開發(fā)一段時間后，會出現(xiàn)地層供液能力不足的情況，當抽油機下沖程時，電機負荷由大變小，當抽油機上沖程時，電機負荷由大變小，呈正弦變化趨勢，通過變頻調(diào)參技術(shù)，可根據(jù)采油速度調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速，當油層供液不足時，降低電機轉(zhuǎn)速，減少耗電量；當油層供液能力較強時，提高電機轉(zhuǎn)速，增加產(chǎn)油量，這樣可以適時調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，提高生產(chǎn)效率。使用變頻調(diào)速后有以下幾方面的好處：

（1）變頻調(diào)速后，可根據(jù)日常產(chǎn)液量、泵徑推算出合適的工作頻率；

（2）變頻調(diào)速后，抽油機可以實現(xiàn)平穩(wěn)啟動，降低對地面采油設(shè)備的沖擊，延長使用壽命，無形中也是節(jié)約了生產(chǎn)成本；

（3）功率因數(shù)、地面系統(tǒng)效率大幅提升。地面系統(tǒng)效率可由原來的 3.6~4.1 提高到5.2以上，最大可能的降低無功功率，從而使得功率因數(shù)大大提高，進而降低電網(wǎng)壓力，提高供電安全水平[3]。

選取延長油田永寧采油廠雙河區(qū)塊168口油井作為試驗井，采用變頻儲能調(diào)速技術(shù)后，功率因數(shù)均值由0.312提高為0.98，降低了無功功耗和啟動初期的對電機、電網(wǎng)設(shè)備、抽油機及井下管柱等設(shè)備沖擊，達到了節(jié)能降耗的目的[4]。

4 結(jié) 論

以油井現(xiàn)有生產(chǎn)能力以及充分考慮將來油井產(chǎn)量進一步變化為前提，即保證充分滿足油井生產(chǎn)需要，又能最大限度實現(xiàn)中長期的節(jié)能增效，進一步降低生產(chǎn)運行成本，在充分調(diào)研、科學(xué)分析、實驗應(yīng)用的基礎(chǔ)上，試驗二級減速電機、稀土永磁電機、變頻調(diào)參技術(shù)等各類節(jié)能電機，均能做到生產(chǎn)節(jié)能高效兩不誤，實現(xiàn)百年油田長期科學(xué)可持續(xù)性發(fā)展的要求。

［1］薄保中，蘇彥民，謝力華，等.抽油機用稀土永磁同步電動機的研制[J].微電機，2000，33(5):48-49+53.

［2］曹志彤，馬雷.稀土永磁同步電動機參數(shù)與高節(jié)能的相關(guān)性研究[J].中國電機工程學(xué)報，1994，14(1):61-66．

［3］鐘平，李正平，黃建輝，等.抽油機井高效節(jié)能技術(shù)[J].國外油田工程，2000,(2):32-35.

［4］余西洲，馮福本.對抽油機發(fā)展的看法和建議[J].石油機械，1996，24（增刊）:140-144.

Exploration and Application of Motor Energy Saving Technology

1,2,2

（1. Yanchang Oilfield Co., Ltd. Qilicun Oil Production Plant, Shaanxi Yan’an 716000, China; 2. Yanchang Oilfield Co., Ltd. Exploration and Development Research Center, Shaanxi Yan’an 716000, China）

As the main equipment of oil production, the pumping unit has been shouldering the main task of oil production. But as a result of oil field exploitation is rolling development, at the beginning of the production design, in the design of the electric power system for pumping unit, generally chosen distribution transformer capacity is too big, and the motor power of pumping unit is small, the mismatching phenomenon causes high cost, the power loss is big, the problem of low average power factor exists for a long time. In order to ensure the operation economy of power network, achieve the goal of energy saving, starting from the principle and application of motor energy saving technology, high efficiency and energy saving motor was screened out, providing a scientific basis for cost reducing and efficiency increasing of oil fields.

energy saving; motor; cost reducing and efficiency increasing

2019-09-10

高榮華(1987-)，男，工程師，碩士，陜西省延安市人，2015年畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè)，從事注水開發(fā)工作。

羅改芬(1988-)，女，工程師，碩士，從事機械采油工作。

TM305

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1004-0935（2020）01-0062-03