抽油機(jī)井能耗高原因分析與降耗措施探討

劉玲

[摘 要]機(jī)械采油是目前油田主要的采油方式。抽油機(jī)電機(jī)許多處于“大馬拉小車(chē)”的狀態(tài)，效率低。中小型三相異步電動(dòng)機(jī)耗電約占35%，是耗能大戶。本文分析了抽油機(jī)高能耗運(yùn)行的原因，介紹了近幾年來(lái)在抽油機(jī)井所采取的節(jié)電降耗措施，進(jìn)行了節(jié)能測(cè)試試驗(yàn)評(píng)價(jià)，提出了具體的措施，取得了較好的節(jié)能降耗效果。

[關(guān)鍵詞]抽油機(jī)；高能耗；節(jié)電降耗

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.23+4.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）23-0057-01

0 引言

機(jī)械采油是目前油田主要的采油方式。傳統(tǒng)的抽油機(jī)普遍存在著起動(dòng)沖擊大，運(yùn)行耗電多，大馬拉小車(chē)、效率低下等諸多問(wèn)題，加之油井情況復(fù)雜，稠油、結(jié)蠟現(xiàn)象較多，斷桿、燒電機(jī)等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，對(duì)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有可靠的保護(hù)功能，設(shè)備維修量大。

在油田生產(chǎn)實(shí)際中，由于管理技術(shù)水平等問(wèn)題，很多電機(jī)處于輕載、低效、高耗能的運(yùn)行狀態(tài)，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，抽油機(jī)電機(jī)節(jié)能降耗是油田節(jié)電降耗、降低開(kāi)采成本的主要探索方向。

1 抽油機(jī)能耗高的原因分析

1.1 老舊電機(jī)數(shù)量多

部分電機(jī)使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，內(nèi)部材料老化嚴(yán)重，有些電機(jī)的使用時(shí)間在20-30年以上；而另一部分電機(jī)制造工藝已屬落后淘汰技術(shù)，各類(lèi)技術(shù)性能參數(shù)遠(yuǎn)差于新型電機(jī)。無(wú)論是電機(jī)過(guò)舊還是制造工藝過(guò)時(shí)，均會(huì)造成電機(jī)運(yùn)行負(fù)擔(dān)加重，電機(jī)效率低下，電機(jī)損耗也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于新裝或新型電機(jī)。

1.2 電機(jī)匹配不當(dāng)

機(jī)械設(shè)備與電機(jī)配套不合理，包括形式選用不合理、容量選用不合理、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速選用，不合理等現(xiàn)象比較普遍，而機(jī)動(dòng)設(shè)備的用戶也由于對(duì)設(shè)備的選用不合理，運(yùn)行方式不合理，造成大量的電機(jī)處于低效率運(yùn)行狀態(tài)。很多電機(jī)在選配時(shí)沒(méi)有認(rèn)真規(guī)劃，導(dǎo)致真正投入使用后電機(jī)額定功率對(duì)匹配功率過(guò)大（大馬拉小車(chē)）或過(guò)小（小馬拉大車(chē)）的問(wèn)題。其中“大馬拉小車(chē)”使電機(jī)多損耗了一部分空載損耗；而“小馬拉大車(chē)”則使電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，電機(jī)負(fù)擔(dān)過(guò)重，電機(jī)溫升過(guò)高，嚴(yán)重影響電機(jī)使用壽命。

1.3 特殊工藝造成高耗低效運(yùn)行

抽油機(jī)由于其特殊的運(yùn)行要求，所匹配的電機(jī)必須同時(shí)滿足最大沖程，最大沖次，最大允許掛重的三個(gè)要求，還須具有足夠的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，以克服抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)嚴(yán)重的靜態(tài)不平衡。因此，往往抽油機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)確定的安裝容量裕度較大。如6型抽油機(jī)配Y200L-6/18.5kW，10型抽油機(jī)配Y250M-6/30kW等，但實(shí)際功率卻比額定功率要小的多。因此，在抽油機(jī)電機(jī)的選配上往往安裝了容量較大的電機(jī)，增加了電機(jī)的空載損耗；而抽油機(jī)的特殊的負(fù)荷變化，使得電機(jī)的無(wú)用功增加，這都使采油系統(tǒng)和電機(jī)的效率較低。

2 降低抽油機(jī)井能耗的措施

2.1 淘汰老舊落后電機(jī)

高效節(jié)能型電機(jī)的電機(jī)損耗僅是傳統(tǒng)落后電機(jī)的幾分之一，但電機(jī)效率卻明顯高于同狀態(tài)下一般電機(jī)，是老舊落后電機(jī)更替的首選。

（1）永磁同步電機(jī)。抽油機(jī)上使用的永磁同步電機(jī)是一種異步啟動(dòng)的同步電機(jī)，由轉(zhuǎn)子交流啟動(dòng)后牽入同步運(yùn)行，類(lèi)似于交流同步電機(jī)。其運(yùn)行是靠定子繞圈在氣隙中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子上磁鋼間的相互吸引，使轉(zhuǎn)子與定子氣隙磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)而做功。其轉(zhuǎn)子等效電阻電路，故功率因數(shù)高，因無(wú)磁勵(lì)電流，其空載損耗小。電機(jī)效率可達(dá)96%左右，較三相異步電機(jī)高。

（2）直流電機(jī)。直流電機(jī)有優(yōu)良的控制性能，其機(jī)械特性和調(diào)速特性均為平行的直線，這是各類(lèi)交流電動(dòng)機(jī)所沒(méi)有的特性。此外，直流電動(dòng)機(jī)還有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、效率高、調(diào)速方便、動(dòng)態(tài)特性好等特點(diǎn)。

（3）其他專(zhuān)用電機(jī)。對(duì)有特殊工藝要求的設(shè)備，其對(duì)電機(jī)某一方面性能的要求不同，應(yīng)結(jié)合具體情況具體裝配，盡量減少因普通電機(jī)為彌補(bǔ)專(zhuān)用電機(jī)性能而造成額外電機(jī)電耗。

2.2 正確匹配電機(jī)功率

在選擇電機(jī)時(shí)應(yīng)注意：（1）如果電機(jī)功率選得過(guò)小，就會(huì)出現(xiàn)“小馬拉大車(chē)”現(xiàn)象，造成電機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電機(jī)被燒毀。（2）如果電機(jī)功率選得過(guò)大，就會(huì)出現(xiàn)“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象。其輸出機(jī)械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對(duì)用戶和電網(wǎng)不利，而且還會(huì)造成電能浪費(fèi)。

要正確選擇電動(dòng)機(jī)的功率：

（1）對(duì)于恒定負(fù)載連續(xù)工作方式，所選電機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于計(jì)算所得的功率。

（2）短時(shí)工作定額的電機(jī)，與功率相同的連續(xù)工作定額的電機(jī)相比，最大轉(zhuǎn)矩大，重量小，價(jià)格低。因此，在條件許可時(shí)，應(yīng)盡量選用短時(shí)工作定額的電機(jī)。

（3）對(duì)于斷續(xù)工作定額的電機(jī)，其功率的選擇要根據(jù)負(fù)載持續(xù)率的大小，選用專(zhuān)門(mén)用于斷續(xù)運(yùn)行方式的電機(jī)。此外，也可用類(lèi)比法來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的功率。所謂類(lèi)比法。就是與類(lèi)似生產(chǎn)系統(tǒng)所用電機(jī)的功率進(jìn)行對(duì)比。

具體做法是：了解本單位或附近其他單位的類(lèi)似生產(chǎn)系統(tǒng)使用多大功率的電機(jī)，然后選用相近功率的電機(jī)進(jìn)行試車(chē)。驗(yàn)證所選電機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械是否匹配。驗(yàn)證的方法是：使電機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，用鉗形電流表測(cè)量電機(jī)的工作電流，將測(cè)得的電流與該電機(jī)銘牌上標(biāo)出的額定電流進(jìn)行對(duì)比。如果電機(jī)的實(shí)際工作電流與銘牌上標(biāo)出的額定電流上下相差不大，則表明所選電機(jī)的功率合適。

如果電機(jī)的實(shí)際工作電流比銘牌上標(biāo)出的額定電流低70%左右，則表明電機(jī)的功率選得過(guò)大（即“大馬拉小車(chē)”）應(yīng)調(diào)換功率較小的電機(jī)。如果測(cè)得的電機(jī)工作電流比銘牌上標(biāo)出的額定電流大40%以上，則表明電機(jī)的功率選得過(guò)?。础靶●R拉大車(chē)”，應(yīng)調(diào)換功率較大的電機(jī)。

2.3 合理調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，加強(qiáng)管理節(jié)能

電機(jī)的日常維護(hù)也是決定電機(jī)是否高效低耗經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素，要按照系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的要求，定期檢查電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，優(yōu)化管理和維護(hù)。避免電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷、高溫運(yùn)行，對(duì)電機(jī)效率過(guò)低、不能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的電機(jī)要及時(shí)進(jìn)行原因監(jiān)測(cè)分析，調(diào)整負(fù)載狀態(tài)，盡可能地保持電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。

對(duì)運(yùn)行的各個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)行正確的參數(shù)設(shè)置，監(jiān)控電機(jī)與終端裝置的匹配狀況，避免“大馬拉小車(chē)”和“小馬拉大車(chē)”現(xiàn)象，讓電機(jī)始終保持在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行位置。

機(jī)采系統(tǒng)具有電機(jī)啟動(dòng)電流大，運(yùn)行功率遠(yuǎn)低于電機(jī)額定功率，負(fù)荷時(shí)刻變化，有上下兩個(gè)臨界點(diǎn)，這些特點(diǎn)要求定期使用嵌型電流表等簡(jiǎn)易儀器測(cè)試抽油機(jī)上下沖程最大電流，調(diào)整平衡度，使抽油機(jī)平衡度保持在80%-110%，將電機(jī)的無(wú)用功降低到最小。此外，對(duì)日產(chǎn)液量太小的油井，采取間開(kāi)的方法，既可以聚積采油能量提高采油效率，又可節(jié)約間歇停井時(shí)的電量，如一天平均停井12小時(shí)，相應(yīng)的可節(jié)省50%的電費(fèi)。

2016年6月，我們選擇了20口抽油機(jī)井進(jìn)行電機(jī)中間軸改造，在不影響液量和原油正常生產(chǎn)的情況下，單井平均沖次降低1.8次/分，單井平均輸入功率下降2.49千瓦，單井日節(jié)電59.5千瓦時(shí)，系統(tǒng)效率提高5.05%，綜合節(jié)電率達(dá)29.8%。該技術(shù)的應(yīng)用不僅解決了供液不足、動(dòng)液面低、產(chǎn)能低的抽油機(jī)井運(yùn)行能耗大的問(wèn)題，而且解決了抽油機(jī)井其動(dòng)力矩大與運(yùn)行功率小之間的矛盾，避免了抽油機(jī)不必要的高速運(yùn)行導(dǎo)致的能耗大、減速箱磨損快等問(wèn)題。

2.4 使用軟啟動(dòng)、變頻調(diào)速裝置或安裝節(jié)電裝置

通常感應(yīng)電動(dòng)機(jī)采用直接啟動(dòng)或一般啟動(dòng)的方法，電機(jī)的全壓起動(dòng)電流為額定電流的5-7倍，不僅損耗大，對(duì)電網(wǎng)沖擊也大，機(jī)械磨損，振漏大。如果用變頻調(diào)速啟動(dòng)，可以將起動(dòng)電流限制到很小，即使是滿載起動(dòng)，也只比額定電流稍大就可以了，損耗大大降低，既不沖擊電網(wǎng)，又不沖擊機(jī)械。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著節(jié)能節(jié)電技術(shù)的不斷發(fā)展，針對(duì)電機(jī)節(jié)電的各類(lèi)節(jié)電裝置也不斷涌現(xiàn)，其主要原理是通過(guò)各種不同手段動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)過(guò)程中的電壓電流，在保證電機(jī)轉(zhuǎn)速的前提下，保持電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的精確匹配，有效地減少有功功率和無(wú)功功率損耗，也相應(yīng)減少了磁損耗，同時(shí)使電機(jī)的功率因數(shù)提高。一般情況下綜合節(jié)電率在15%以上。

參考文獻(xiàn)

[1] 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).SY/75264-2006.油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法.北京：石油工業(yè)出版社，2006.