確定抽油井用電動(dòng)機(jī)損耗區(qū)分析方法的探討

陳德兵 陶慶軍 徐輝

【關(guān)鍵詞】平均負(fù)載率 平均自然功率因數(shù) 能耗挖潛區(qū)

油田系統(tǒng)中，生產(chǎn)能耗主要體現(xiàn)在電力、燃料、水資源三大塊，電力消耗又分為采油、注水、輸油三大塊。2019 年我廠電力消耗總計(jì)7749.8 萬度，占總能耗的73.2%;其中，采油系統(tǒng)消耗占總電力消耗量65.7%，因而抽油井是主要用電設(shè)備。以“大數(shù)據(jù)”作為研究依據(jù)，確定降低抽油井電力消耗作為降本增效的突破點(diǎn)。

1. 背景

在油田配電系統(tǒng)中，抽油井電動(dòng)機(jī)是主要用電負(fù)荷，512口井負(fù)載率統(tǒng)計(jì)分析見表1

結(jié)論： 采集數(shù)據(jù)中抽油井電動(dòng)機(jī)負(fù)載率大于20% 的占40%。

512 口井自然功率因數(shù)分析見表2。

結(jié)論：電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)大于0.4 的占30%。而《石油企業(yè)抽油井管理標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)大于0.4，其負(fù)載率大于20%。

2. 方案

2.1 文獻(xiàn)綜述

2.1.1 異步電動(dòng)機(jī)的電流—效率特性曲線【1】說明：曲線反應(yīng)效率隨電流的變化特征。同時(shí)，電流的大小反應(yīng)負(fù)載的大小，即成正比關(guān)系。因此我們利用負(fù)載率—效率特性曲線來確定臨界負(fù)載率。

2.1.2 異步電動(dòng)機(jī)效率——自然功率因數(shù)特性曲線【1】說明：功率因數(shù)和效率隨負(fù)載率的增加有相似的變化規(guī)律，即效率和功率因數(shù)都隨負(fù)載率的增加而增大。因此我們利用負(fù)載率—功率因數(shù)的散點(diǎn)圖來建立數(shù)學(xué)模型。

2.2 采集參數(shù)，繪制負(fù)載率—效率特性曲線圖，確定臨界負(fù)載率

采集抽油井YCCH280-8 型電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，并計(jì)算效率和負(fù)載率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

繪制負(fù)載率與效率關(guān)系見圖1：

結(jié)論：確定臨界負(fù)載率為13%、20%，并將圖形區(qū)域劃分電動(dòng)機(jī)三個(gè)損耗區(qū)域，即在0-13% 之間的區(qū)域?yàn)橥跐搮^(qū)b1，負(fù)載率在13%-20% 之間的區(qū)域?yàn)榈托^(qū)b2，負(fù)載率在20%-90% 之間的區(qū)域?yàn)楦咝^(qū)b3。

2.3 采集參數(shù)，繪制負(fù)載率功率因數(shù)散點(diǎn)圖，建立數(shù)學(xué)模型。

2.3.1 采集90 口抽油井用YCCH 型電動(dòng)機(jī)的參數(shù)并繪制負(fù)載率—功率因數(shù)散點(diǎn)圖（如圖2）;

小結(jié)：依據(jù)90 口抽油井實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)預(yù)測，相關(guān)系數(shù)R 檢驗(yàn)、回歸系數(shù)的顯著性t 檢驗(yàn)、回歸方程的顯著性F 檢驗(yàn)，均反應(yīng)了變量X 和Y 在關(guān)鍵區(qū)域的線性關(guān)系合理。因此，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)載率，通過數(shù)學(xué)模型y1和y2 確定電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，調(diào)整小于臨界負(fù)載率β3 的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，從而選擇合適功率的電動(dòng)機(jī)檔位或者進(jìn)行無功補(bǔ)償，來降低用電設(shè)備的消耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

3. 現(xiàn)場應(yīng)用

電動(dòng)機(jī)損耗區(qū)分析方法在我廠五個(gè)作業(yè)區(qū)運(yùn)用發(fā)揮了良好的效果，下面通過有代表性的三口井做詳細(xì)說明見表4。

結(jié)論：抽油井電動(dòng)機(jī)負(fù)載率越低，措施實(shí)施后節(jié)電效果越好;抽油機(jī)平衡度對(duì)提高功率因數(shù)影響大;電動(dòng)機(jī)功率的選擇是提高功率因數(shù)的關(guān)鍵;提高功率因數(shù)的步驟是：先進(jìn)行電機(jī)參數(shù)調(diào)整，再進(jìn)行抽油機(jī)平衡度調(diào)整，再進(jìn)行整套裝置的無功補(bǔ)償，實(shí)施后，整體功率因數(shù)可提高到0.9 以上，平均節(jié)電率達(dá)到13%，達(dá)到節(jié)能降耗減排的目的。

4. 結(jié)語

抽油井電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載是不斷變化的，用平均功率法判斷電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，準(zhǔn)確表達(dá)了電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，因此，我們用專用電動(dòng)機(jī)參數(shù)測試儀器對(duì)抽油井電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測試，并計(jì)算得到不同負(fù)載率β、效率η，根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載率和效率特性曲線確定臨界負(fù)載率β1 和β2，運(yùn)用臨界負(fù)載率β1 和β2，根據(jù)負(fù)載率和功率因數(shù)特性散點(diǎn)圖建立數(shù)學(xué)模型y1 和y2，根據(jù)數(shù)學(xué)模型y1 和y2 確定第三臨界負(fù)載率β3 為15%，按照數(shù)學(xué)模型確定電動(dòng)機(jī)工作在哪個(gè)區(qū)域，便于準(zhǔn)確方便調(diào)整負(fù)載率小于15% 電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或者更換適合功率的電動(dòng)機(jī)。