抽油机一体化节能装置在萨北油田的应用

郎爽（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

抽油机一体化节能装置在萨北油田的应用

郎爽（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

萨北油田进入了高含水开发后期，油田开发能耗高、成本高，开发效益较差。作为主要耗能设备的抽油机电动机普遍存在负载率低的现象，平均功率仅为额定功率的30%，平均功率因数仅为0.14左右，加上油田点多面广，窃电现象严重，进一步增加了生产能耗。为了提高抽油机的节能效率，安装了150套ZDC（G）抽油机电动机节能一体化拖动装置，成功地解决了机采系统能耗居高不下的难题，实现综合节电16.42%，系统效率明显提高。同时，有效地扼制了窃电现象，提高了生产安全性，方便了现场管理。

抽油机 电动机 一体化拖动装置 节能

引言

萨北油田抽油机井普遍采用游梁式抽油机，由于抽油机工作时为脉动负荷和重负荷启动，它所配用的电动机必须有较高的启动转矩；而目前普遍采用的与抽油机配套的Y系列电动机由于启动转矩偏低，配套时需提高电动机容量以满足启动的需要，会造成电动机安装容量过大，使电动机常常处于轻载运行，由此造成电动机在运行过程中效率和功率因数都大大降低，损耗也明显加大。

截至目前，全厂抽油机井2344口，平均装机功率为40.3 kW，抽油机井设备匹配不合理，电动机、配电箱无功耗损大，功率利用率低。测试表明，萨北油田抽油机井未采取节能措施的电动机功率利用率只有23.7%，存在“大马拉小车”问题，无功耗损大，影响系统效率的提高。有195台常规电动机使用时间长，功率利用率低，需要进行节能电动机改造。

为了实现抽油机井运行负载与电动机输出负载间的合理匹配，同时扼制窃电现象，实施抽油机一体化装置节能技术改造，充分挖掘机采井举升工艺潜力，确保抽汲设备高效低耗运行，对于提高系统效率和节能降耗具有十分重要的意义[1]。

1 抽油机一体化装置工作原理

电动机具有两个级别额定功率，转子有两组抽头分别接到两个交流接触器上，其中一个交流接触器接高功率抽头，另一个交流接触器接低功率抽头，两个交流接触器实现互锁，由控制器控制完成两种功率间的自动切换。电动机结构示意图见图1。

图1 电动机结构示意图

电源接线同Y系列三相异步电动机相同，通电后电动机以高功率启动运行，当电流低于低功率运行电流时，则通过控制器将电动机切换到低功率状态；当电流升高到高于低功率运行电流时，则切换到高功率状态，以此避免“大马拉小车”和过载运行现象。

2 技术性能及技术参数

一体化拖动装置DFCJT由YCHD系列双速高转差率电动机和抽油机控制箱组成，双速高转差率电动机是为适应游梁式抽油机启动转矩大、过载因素多、正常运行负载低的特点而设计的新一代游梁式抽油机专用电动机。该系列电动机是电压等级为380 V/50 Hz户外型三相异步电动机，采用了专用的电动机综合保护、安全控制柜，大大改善了电动机的安全运行参数。

2.1 一体化拖动装置主要性能

◇NEMA设计：D（5%～8%转差率）；

◇防护形式：IP23或IP44；

◇绝缘等级：F，满载运行温升不超过105 K；

◇额定电压：380 V/50 Hz三相；

◇工作定额：连续（S1），服务系数1.15；

◇允许全压启动；

◇采用锥型轴伸，方便调参更换皮带轮。

2.2 控制系统功能

1）具有缺相、过载、短路、过热、浪涌过压保护功能。

2）具有电流跟踪指示、故障指示、故障记忆功能。

3）具有线路停电恢复供电后延时自启动功能。

4）具有电动机转速转换功能（可通过转速转换开关实现转速转换，亦可提供由接触器控制转速转换功能的控制箱）。

5）具有防盗功能。

3 现场试验

2013年9月在150口抽油机井上现场实施抽油机一体化装置节能技术改造。电动机更换后，抽油机启动正常，无启动黏滞状态，没有因负载重而启动不了现象。运行中，电动机运行正常，抽油机无丢转现象，电参数正常。同时有效扼制了窃电现象，提高了生产安全性，方便了现场管理。

对该装置应用前后进行了现场测试，测试结果见表1。通过现场测试对比，平均有功节电率为11.53%，无功节电率为77.92%，单井日节电34.7 kWh，综合节电率为16.42%，功率因数提高了0.425，系统效率提高了1.93%，预计年节电量190×104kWh。

表1 一体化拖动装置效果统计

4 经济效益评价

4.1 直接效益

1）投入费用。一体化拖动装置单价为2.4万元/套，150口井总投资额为360万元。

2）产出效益。2013年应用一体化拖动装置150台，平均单井日节电 34.7 kWh，节电率16.42%，预计年节电量达190×104kWh。电费价格按0.574 7元/kWh计算，节电效益为109万元。

3）投资回收期为3.3年。

4.2 间接效益

1）节约材料维修费。由于一体化拖动装置的电动机具有较高的转差率，由此减轻了减速箱的疲劳破坏，减少了打齿事故的发生。

2）节约作业费用。一体化拖动装置在运行中速度变化使抽油杆在重负荷时，最大限度地降低重载时运行的加速度。由于杆柱和液柱的质量与加速度的乘积为动载荷，加速度的减小势必降低悬点的动负荷，使抽油杆上的应力和应力变化范围减小，从而减少抽油杆的断脱事故发生。

3）降低设备投资费用。由于一体化拖动装置解决了与游梁式抽油机合理功率匹配，最大限度地降低了对供电系统的功率要求。

5 结论和认识

1）调参快速，适应性强。该电动机采用了双速双功率形式，通过简单地调整电动机控制箱中的速度功率转换开关，就可实现抽油机的运行冲速调整，与以往几人几小时的工作相比，大大降低了劳动强度，提高了生产效率；同时，更能根据井下工况，灵活地调整抽油机的运行冲速，根据油井调整驱动功率降低损耗，达到节能目的。

2）节能效果显著。一体化拖动装置的电动机是高启动转矩、高转差率的节能电动机。此种电动机启动特性软，对系统机械冲击小，启动扭矩大。通过在保持达到系统的机械需求的情况下，降低电动机装机功率，充分地解决了“大马拉小车”的现象，降低了电动机的负载损耗，提高了电动机的运行效率，进一步提高了节能效果。

3）故障点少，防盗性能好。一体化拖动装置采用了机电一体结构，减少了中间供电环节，减少了可能发生故障的点，提高系统运行稳定性；同时，该装置采用了防盗设计，配有专用钥匙，提高了设备的防盗性能，对设备及电有可靠的防盗保护，加强了系统的运行稳定性。

[1]王庐峰,高立新,隋红.JNFQ系列抽油机节能、防窃一体化配电装置[J].油气田地面工程,2002(7):92-94.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.006

2015-03-26）

郎爽，2011年毕业于哈尔滨商业大学（德强商务学院），从事地面工程管理工作，E-mail：gjdd1228@sina.com，地址：黑龙江省大庆市大庆油田第三采油厂第二油矿采油十三队，163113。