新时期油田电气节能探析

王朝阳 李小雷（玉门油田规划设计院）

近年来，随着油田不断的开采，很多油田已进入开采的后期阶段，油井不能自喷，需要采用抽油机进行开采。据调查，某油田目前使用抽油机进行采油的井数达到了90%[1]，采油年耗电量持续增加。因此，改进生产技术工艺，提高开采效率，降低电气消耗是目前油田增产保质最有利的措施。

原油生产需要电气的带动，而油田普遍存在的问题是配电网出口功率较低、承载的负荷远大于变压器容量、导线承载电流密度大于额定范围以及末端电压质量出现损坏等。所以，油田电气节能存在很大的提升空间[2]。

1 油田电气节能应用现状

目前，油田多数井开采出的油中含水量逐渐增多，有些区块油水比甚至达到了1∶9，对电气消耗大幅增加。油田电网常用的接线方式为干线型和放射型，其优点是结构相对简单、设备运用便捷，缺点是当线路较长时，末端电压很低，造成抽油机实际电压小于额定电压，获得功率降低，增加了电动机的转差，绕组线圈温度变大，长此以往会加快电机老化速率，对电动机的使用寿命和性能带来了不良的影响。另外，随着电压的降低，电网能耗急剧增加。主要是由于异步电动机为感性负荷，要吸收系统中的无功功率，导致了供电设备和附属线路的输出能量增加，电压进一步降低，电气能耗更多。

据调查发现，机械采油需要消耗39%左右的电力，抽油机单井要承载大幅度、高频率的负荷，功率因数单个冲程从0.1上升到0.9，引起电压较大的变化。另外还发现，现场没有配备相应的补偿措施。如果用常规的并联电容器，往往造成欠补偿或者过补偿，不能达到抽油机对负荷的要求。交流控制电容器虽然能够使固定电容器得到补偿，但是效果仍然达不到要求。

油田常用的配电变压器模式包括：一台变压器带一口井、带两口抽油井、带多口井等，油井离变压器馈线长度通常小于20 m。现在有些油田还存在使用S7 等非节能变压器的现象，长期使用使变压器铜铁磨损较大，老化情况严重，维修费用昂贵。

2 油田电气节能措施

2.1 对变压器容量和型号进行合理选择

变压器电能的消耗是整个油田电气消耗的重要部分，变压器的容量和型号不同，其消耗的电能也有所区别。空载和有载时，不同变压器的电能消耗不同。容量不同，电能消耗也不同。所以要合理选择变压器的容量和型号，根据当地的实际情况，选择与生产实际匹配的变压器，使变压器应用效率达到最高。油田通常使用的变压器容量都比较大，有些油田使用两台、多台变压器进行并联，不仅没有取得理想的效果，还造成运行效率降低的后果。

对于出现的上述问题，通过调整体系本身的运行方式，对容量进行调整，具体措施有：对变压器系统进行调整，单母线并列运行，使变压器正常使用一个，另外一个作为备用，有效地提高单台变压器的使用效率；对配电网的布局进行优化，对于不能使用的变压器及时拆除，并将其链接的线路一并去除，进行回收处理，这样可以降低不必要的电能消耗；对承载小但容量大的变压器进行更换，避免出现变压器效率低、能耗大的现象。实际负荷要与额定功率相匹配，充分发挥其使用效率[3]。

2.2 改善功率因数

对变压器能耗影响较大的因素是功率因数，所以要对其进行改善。负载系数随有功负荷的降低而降低，无功负载绝大多数不会变化，但是变化的小部分会使功率因数变差。所以电动机的负载要和所选变压器容量接近，当发现大容量电动机负荷不足时，要更换为小容量的电动机。

对于改变自然功率因数也不能满足经济运行的需求时，采用无功补偿设施。为了适应油田的电网特性，无功补偿设施通常采用静电电容器。补偿方式有很多种，最有效的方式是将个别和集中补偿共同使用。另外，根据负荷变化将其连成若干组，当需要调节电容器的容量时，直接对其增加或切除。

对异步电动机进行合理的选择，降低输送过程中的无功功率。电动机的容量要与其负载相符，通常用校正功率因数最低馈电线路法，检查电动机负荷是否合理；用测量出的负荷曲线来选择正确的容量。

2.3 对负荷进行平衡

电网的电能具有不能存储的缺陷，在运行过程中用电的负荷会随时间不断改变，引起用电高峰期电力不足，低谷期电力过量的现象。研究表明，在线路运行中产生的损耗跟峰谷差和持续时间密切相关，随着峰谷差的增大和持续时间的增加，损耗增大。即负荷越不平衡，造成损耗越大。主要是由于，负荷的不断变化，引起电流的不断变化，从而造成电能的巨大损耗。

油田中抽油机随着冲程的变化，往往会造成电流的变化，进而引起耗能增加。为减少这种损耗，希望抽油机能够按照下面情况运行：三相功率均衡；电流波动较小，无功功率吸收稳定；启动电流较低；功率因数为1，且恒定。根据这种假定，研发出负荷调节器，通过无功补偿等方式，对抽油机进行改善，降低了能耗。

2.4 对电压进行调整

对电压进行调整，通常采用的措施包括：

对油田电网电动机、变压器的输出电压进行调整，这种措施适用条件是无功电源充足。因为当无功电源不充足时，为降低无功功率载荷，需要将整体电压调低，引起整个系统运行性变差，甚至造成整个系统的瘫痪。

对无功功率分布、线路参数进行调整。现在，部分油田电力系统采用了动态电压支撑技术，能够使无功功率在线路传输上的消耗降低，降低了整个线路上的电压、功率消耗。

2.5 对变频调速技术进行改造

对变频调速技术进行改造，主要是通过在变频器输出侧加装有源滤波器滤除变频器输出的高次谐波，为电动机提供理想的正弦波电压。通过改造可以避免由大量谐波引起的附加损耗、制动和脉动转矩，不仅提高了其利用率，而且对电动机进行了维护，延长了其使用寿命。据报道，某油田采用多串联变频调速技术，一年内节省电能近60 万元，一年就将成本费用回收。

2.6 对电压等级进行调整

通过计算及实践表明，将配电网的6 kV电压级调整为10 kV 后，负载损耗降低了64%，同时当用电负荷需求增加时，也能够得到满足。但是目前，6 kV电压级系统占有比较大的比例，所以需要对电压等级进行调整。另外，在输送载荷保持不变的情况下，增大导线截面，可以有效地降低线路电阻，进而降低电能的损耗。在油田电网应用中，要根据当地实际情况进行调整。

3 结语

新时期油田电气节能任务艰巨，特别是随着油田后期开采难度加大，开采成本费用的增加，节能显得越来越重要。为了完成电气节能的任务，需要解放思想，拓宽思路，积极学习国外先进的技术和经验，并结合油田自身的实际情况，将好的技术、设备引入电力系统当中。通过一系列的措施，解决油田电气节能面临的种种困难，降低电能在油田生产运行中的损耗，提高其利用率，从而完成油田节能减损的目标，为油田的持续健康发展打下基础。

[1]武卫丽,热培林,彭利果,等.抽汕机节能技术研究综述[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2009,11(4):111-139.

[2]姜衍智,吴文安,程目建.油田配电网节能降耗决策支持系统[J].油气田地面工程,2008,15(6):1-5.

[3]张选正.国内外油田抽油机各种节能方案的分析[J].电机与控制应用,2012（4）:71-73.