WCYJW型節(jié)能抽油機應(yīng)用與評價

劉長松，董順永，魏世舉，廖大林

（1.中原油田分公司，河南濮陽457001；2.河南信宇石油機械制造股份有限公司，河南濮陽457006）①

WCYJW型節(jié)能抽油機應(yīng)用與評價

劉長松1，董順永1，魏世舉1，廖大林2

（1.中原油田分公司，河南濮陽457001；2.河南信宇石油機械制造股份有限公司，河南濮陽457006）①

節(jié)能與安全是抽油機應(yīng)用與管理的主題。為實現(xiàn)節(jié)能降耗，中原油田近年來開展新型節(jié)能抽油機的試驗，在此基礎(chǔ)上根據(jù)節(jié)能抽油機的特點優(yōu)選示范區(qū)，開展了新型節(jié)能抽油機示范區(qū)建設(shè)工作，通過小規(guī)模應(yīng)用，評價新型節(jié)能抽油機的應(yīng)用效果。對WCYJW型節(jié)能抽油機結(jié)構(gòu)及節(jié)能原理、性能特點進行了介紹，通過電表計量與節(jié)能監(jiān)測2種評價方法，對節(jié)能效果進行了整體評價。

抽油機；節(jié)能；原理；示范區(qū)；效果評價

抽油機有桿泵采油方式是目前油田占主導(dǎo)的采油方式，游梁式抽油機具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便的特點，但存在平衡效果差、效率較低的不足［1］。立足于同時解決設(shè)備老化與降低能耗2個問題，開展了對節(jié)能型抽油機的應(yīng)用，2012年開展了新型節(jié)能抽油機示范區(qū)建設(shè)與評價工作。本文對WCYJW型節(jié)能抽油機的應(yīng)用效果進行了分析評價，對機械采油井經(jīng)濟運行指標(biāo)進行了分析，為推廣應(yīng)用提供佐證與建議。

1 結(jié)構(gòu)原理及性能特點

1.1 主要結(jié)構(gòu)［2］

WCYJW型抽油機主要由機架、動力系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、配重平衡系統(tǒng)、安全制動系統(tǒng)、移動系統(tǒng)等組成，如圖1。

圖1 WCYJW型節(jié)能抽油機結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理［3-4］

以機架為載體，采用外轉(zhuǎn)子稀土永磁同步電機為動力，由變頻控制器提供變頻后的低頻電流供給外轉(zhuǎn)子稀土永磁同步電機，實施運行控制和換向控制。電機直接驅(qū)動安裝在電機兩側(cè)的曳引輪，鋼絲繩從電機的曳引輪上繞過，前端通過導(dǎo)輪、動滑輪與懸點載荷連接，后端與動滑輪平衡塊連接。電機得電后帶動外轉(zhuǎn)子及曳引輪一起運轉(zhuǎn)，同時帶動鋼絲繩及懸點載荷、平衡塊上下相對運動。當(dāng)平衡塊到達上止點或下止點時，與固定的位置傳感器相接觸，傳感器便將轉(zhuǎn)向信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，控制系統(tǒng)迅即發(fā)出減速、停車、反向送電的指令，使電機減速、停車，反向運轉(zhuǎn)。如此循環(huán)，抽油機便帶動抽油桿、抽油泵抽汲原油。運轉(zhuǎn)時安裝在外轉(zhuǎn)子電機軸端的速度傳感器隨時采集電機的運轉(zhuǎn)速度，當(dāng)速度超出或低于規(guī)定速度時，便及時通過變頻器控制頻率的增減，使電機始終在允許范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)。

1.3 主要性能特點

1） 具有低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩、低耗能特點，性能指標(biāo)符合SY／T6729—2008標(biāo)準(zhǔn)。節(jié)電率達30%，電機功率因數(shù)提高24.3%，系統(tǒng)效率提高10%以上。

2） 噪聲低于54 dBA，比國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的87 dBA低33 dBA；無機油泄漏現(xiàn)象，達到環(huán)保要求。

3） 控制自動化。采用數(shù)字化、智能化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)沖程、沖次無級可調(diào)；可實現(xiàn)超載、欠載、斷相、短路保護，具有無線集中控制接口，可實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控。

4） 采用長沖程、低沖次設(shè)計，延長檢泵周期，節(jié)約維護成本；采用天平式調(diào)平衡，直觀方便，平衡度可調(diào)至100%。

2 節(jié)能示范區(qū)優(yōu)選

節(jié)能示范區(qū)的選擇主要考慮以下3個因素，以適應(yīng)WCYJW型抽油機特點，滿足開發(fā)需要前提下，實現(xiàn)有效節(jié)能。

1） 地面參數(shù)調(diào)整后能滿足產(chǎn)液需求。示范區(qū)塊受構(gòu)造及儲層物性影響，注水見效難度大，平均產(chǎn)液量9.2 m3。在不實施作業(yè)配套長泵情況下，地面沖程在5 m左右，抽油機井沖次3 min－1以下，理論排量能滿足區(qū)塊單井產(chǎn)液量需求。

2） 地面參數(shù)有進一步調(diào)整優(yōu)化潛力。示范區(qū)平均泵掛1 861 m，平均泵徑39.8 mm，沖程4.2 m，沖次3.7 min－1，理論排量28 m3，平均泵效僅32.8%，有沖程上調(diào)、沖次下調(diào)的較大優(yōu)化空間。

3） 機采經(jīng)濟運行指標(biāo)有較大提升潛力。原區(qū)塊產(chǎn)能低，“大馬拉小車”現(xiàn)象突出，電機功率45 k W，實際有功功率7.93 k W，動力裝置利用率僅17.6%。

3 配套措施

1） 由于WCYJW型節(jié)能抽油機具有長沖程、低沖次的性能特點，故抽油泵需選用加長抽油泵。

2） 由于塔架抽油機占地面積小，對地面的壓力增加，故需對抽油機基礎(chǔ)進行強化、硬化處理。

3） 光桿長度加長，采用11 m加長光桿。

4 測試方法

測試依據(jù)SY／T5264—2006《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法》，SY／T6422—1999《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》，SY／T6275《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》。主要檢測設(shè)備：SF-1型計算機綜合測試儀，3169型電子分析儀，F(xiàn)LCS2012型超聲波流量計。

5 評價方法與效果

中原油田采油五廠示范區(qū)共安裝WCYJW型抽油機10臺，更換14型游梁抽油機7臺，10型抽油機3臺。

5.1 評價方法

1） 電量計量評價。對示范區(qū)配套節(jié)能型抽油機井安裝電表實施單井計量。

2） 節(jié)能監(jiān)測評價。按照相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)，對系統(tǒng)效率、井下效率等11項參數(shù)進行評價。

5.2 生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)對比

1） 工作制度 按供排協(xié)調(diào)，向“長沖程、低沖次”優(yōu)化，沖程增加0.62 m，沖次下降1.1 min－1。

2） 油井產(chǎn)量 平均液量、油量基本保持不變。對比如表1。

表1 工作制度與產(chǎn)量變化

5.3 經(jīng)濟運行指標(biāo)

根據(jù)節(jié)能測試，機采井經(jīng)濟運行指標(biāo)如表2。

1） 排量系數(shù)由0.34提高到0.41，提高0.07。

2） 功率因數(shù)由0.44提高到0.85，提高了0.41。

3） 系統(tǒng)效率由20.6%提高到28.3%，提高7.7%。

表2 節(jié)能監(jiān)測主要數(shù)據(jù)

5.4 節(jié)電效果

1） 電量計量方法。平均單井電量由安裝前的187 k W·h減少至調(diào)試完成后的133 k W·h（如圖2），單井日耗電量下降53.9 k W·h，節(jié)電率28.8%，噸液單耗下降6.6 k W·h。比較其中7口14型抽油機井，平均單井日節(jié)電78.1 k W·h，節(jié)電率37.5%，噸液單耗下降8.7 k W·h。

圖2 安裝前后平均單井計量電量變化

2） 節(jié)能監(jiān)測方法。根據(jù)節(jié)能監(jiān)測，按有功功率計算電量，平均單井日節(jié)電63.8 k W·h，節(jié)電率33%。

以上2種方法存在差異的主要原因是節(jié)能監(jiān)測計算電量中未考慮無功電量。

6 結(jié)論

1） 全新設(shè)計的節(jié)能抽油機實現(xiàn)有效節(jié)能降耗。稀土永磁電機采用永磁體勵磁，顯著提高功率因數(shù)［5］；并以外轉(zhuǎn)子作牽引輪，簡化傳動環(huán)節(jié)；塔式結(jié)構(gòu)配套動滑輪降低載荷50%，電機功率大幅下調(diào)，功率配備下降51.2%，電機功率利用率提高；塔架增高，不受限制，允許更大沖程空間，為長沖程、低沖次工作制度提供條件。

2） 新設(shè)計提供便利的現(xiàn)場操作條件。自動化變頻配套設(shè)計，現(xiàn)場調(diào)整沖次、沖程更加方便；配重箱式設(shè)計調(diào)整平衡更加迅捷；簡化的傳動設(shè)計實現(xiàn)抽油機無減速機照樣運行，徹底解決減速機漏油污染環(huán)境的老大難問題。

3） 節(jié)能抽油機的應(yīng)用是一項系統(tǒng)工作。由于節(jié)能抽油機的全新設(shè)計，需要從安裝標(biāo)準(zhǔn)、巡檢保養(yǎng)規(guī)范、日常操作規(guī)范、職工培訓(xùn)等各方面進行相應(yīng)的管理配套；技術(shù)上需完善長沖程抽油泵配套（防砂泵、抽稠泵等），發(fā)揮其最大效能。單井設(shè)計上進行全新考慮，形成有異于常規(guī)、符合其特點的電機功率、載荷設(shè)計校核程序。

［1］ 萬仁溥.采油工程手冊［K］.北京：石油工業(yè)出版社，2000.

［2］ 廖大林，杜振宇，湛世航，等.外轉(zhuǎn)子電機抽油機，中國：CN200810083337.8［P］.2012-08-22.

［3］ 廖大林，楊進京，白億平，等，W型曳引抽油機技術(shù)研究及現(xiàn)場應(yīng)用［J］.石油礦場機械，2010，39（7）：73-77.

［4］ 廖大林.W型曳引抽油機的設(shè)計分析［J］，石油礦場機械，2009，39（9），42-45.

［5］ 唐任遠，安忠良，赫榮富.高效永磁電動機現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.電氣技術(shù)，2008，23（9）：1-6.

Application and Assessment of WCYJW Energy Conservation Pumping Unit

Energy conservation and safety are the key subjects of pumping unit application and the management，to realize the energy conservation to fall consumes，the experiment of new energy conservation pumping unit was carried on in recent years.Based on this，the optimization and construction of first demonstration plot have been finished according to the conserved energy pumping unit＇s characteristic in order to assess the effect through the small scale application.The main structure and the energy conservation principle and the performance characteristic of the new energy conservation pumping unit are introduced.The whole effect of the demonstration plot through two assessment methods is appraised，including the electric instrument measurement and the energy conservation testing.

pumping unit；energy conservation；principle；demonstration plot；effect appraisal

TE933.1

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.11.026

1001-3482（2014）11-0099-03

2014-05-19

國家發(fā)改委資源節(jié)約和環(huán)境保護項目”外轉(zhuǎn)子電機抽油機”（發(fā)改辦環(huán)資［2011］1322號）

專利項目：國家發(fā)明專利“外轉(zhuǎn)子電機抽油機”（CN200810083337.8）

劉長松（1970-），男，山東萊陽人，教授級高級工程師，碩士研究生，現(xiàn)從事采油工程技術(shù)研究應(yīng)用工作，E-mail：Lcsdyhzpe＠sina.com。