抽油机节能配电装置应用效果评价

江杰（大庆油田有限责任公司第五采油厂）

抽油机节能配电装置应用效果评价

江杰（大庆油田有限责任公司第五采油厂）

抽油机驱动电动机启动时电流大，功率因数低，平均负载率低、能耗大，调参繁琐，导致油井杆管偏磨，检泵周期缩短，抽油机井耗电量大，吨油成本高。为此，在抽油机井上开展了节能配电装置现场试验。现场应用表明，两种节能配电装置抽油机伺服控制器和抽油机多功能调速装置都具有软启动特性，可以实现多级调速的目的，与抽油机的变负载特性匹配，节能效果明显，节电率在15%以上，具有良好的应用前景。

抽油机 伺服控制器 多功能调速装置 应用效果

抽油机作为机械采油井的主要举升工艺技术，因其自身的重载启动特性，在设计匹配电动机容量时，需要增大电动机的装机功率[1]，以满足抽油机的启动负载需求，从而保证抽油机的正常运行。使用中，电动机启动时电流大，功率因数低，能耗大，调参繁琐。受到设备等因素的限制，一般情况下最低冲速只能达到3 min-1且现场调整工作量较大，使得油井检泵周期短，耗电量大，管、杆磨损严重，吨油成本高。如何在不影响油井产量的前提下，降低工人劳动强度、降低开采成本和提高工作效率、提高经济效益始终是油田普遍关心的问题。因此，在抽油机井上开展节能配电装置现场试验，应用抽油机伺服控制器和抽油机多功能调速装置，得到了较好的效果。

1 基本概况

统计2014年底抽油机井，平均单井日产液23.31 t，日产油1.68 t，综合含水92.79%，平均流压3.61 MPa，平均泵效45.38%，平均单耗11.34 kWh/t。现场测试表明，抽油机驱动电动机的平均负载率不足30%[2]。电动机启动时电流大，功率因数低，电能浪费严重。

随着油田开采时间的延长，产量不断递减，出现供液不足现象，产量波动较大。另外近年产能主要以过渡带外扩井为开采对象，表外储层较发育，多为低孔、低渗以及低压的低渗透油藏。部分油井的地下渗透能力小于抽油机的泵排量，为提高抽吸效率降低单位产量的能耗指标，最直接的办法是对油井实施间开制度。但是，实施间开制度一般会影响产油量，很难得到大规模实施。抽油泵是一种柱塞泵，对电动机来讲是一种恒转矩性的负载，即电动机的电功率与其转速成正比，可以通过改变抽油机的电动机转速，使抽油泵的排量与油井的渗透能力相适应。通过在抽油机安装节能配电装置，可以根据油井的出液量，自动调节电动机转速来调整功率，达到节能降耗的目的。

2 现场试验及应用

2.1 抽油机伺服控制器

伺服控制器是用来控制电动机的一种器件，它通过位置、速度和力矩3种方式对电动机进行控制，采用数字信号处理器作为控制核心，功率器件普遍采用以智能功率模块为核心设计的驱动电路，内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入软启动电路，以减小启动过程对电动机的冲击。可根据不同井况选择运行参数，冲速从0.1 min-1至15 min-1之间可调，同时可大范围的单独调节抽油机的上提速度、下放速度，可以实现快提慢放、慢提快放、慢提慢放等功能，有效地降低抽油机的动载荷，提高采油系统的效率。

2.1.1 老井区块应用

2013年8月，在试验井1上分别采取工频、伺服状态进行了生产数据录取，并按SY/T 6422—2008进行能耗测试，应用效果见表1。载荷泵效对比见表2。该井应用CYJ10-3-37HB型抽油机，冲程3 m，冲速6 min-1，功示图反映供液不足。在不影响油井产量的前提下，伺服状态较工频状态相比平均有功节电率22.9%左右，功率因数提高到0.8以上。

表1 试验井1伺服控制器应用效果对比

表2 试验井1伺服控制器载荷泵效对比

试验过程示功图见图1。从测试结果看，试验井抽汲的惯性载荷降低，抽油泵充满程度提高，泵效提高。

图1 试验井1示功图测试情况对比

2.1.2 新投区块应用

2013年新投区块井为过渡带外扩井，过渡带地区砂体基本处于整个油层的尖灭区域，碎屑物质供应不足，又处于油田的过渡带，总体上表外储层较发育。该区块油层岩性、物性、渗透性较差，产液量低、黏度高，人工控制调整参数，需要从较低转速逐步摸索上调，会造成泵充满程度低、抽油杆杆柱偏磨现象，导致检泵作业频繁，抽油机能耗高等情况发生，不利于发挥油井潜能。

在新投区块安装抽油机井伺服控制器34套，选取生产参数相近的邻近未安装抽油机井伺服控制器老井，与本区块已安装井进行对比，平均泵效由32.2%提高到45.08%，提高12.78%，系统效率由24.17%提高到27.03%，提高2.86%，平均有功百米吨液单耗由1.23 kWh下降到1.04 kWh，有功节电率达到15.45%，应用效果见表3。

2.2 抽油机多功能调速装置

抽油机多功能调速装置主要由传感器、分析仪、变频器等部分组成。传感器用于分辨上、下冲程信号，并将信号传给分析仪，分析仪对工况数据进行分析判断，提供准确有效的开关信号；变频器接收工作指令并执行，从而实现软启、电动机转速调整等功能。

2.2.1 软启动特性试验

软启动特性试验使用检测周期为每次0.02 s，试验井4应用CYJY6-2.5-26HB游梁式抽油机，在动液面为434.33 m工况下的工频启动（即未使用变频器）与使用变频器后的启动电流、有功功率对比，见图2。

图2 试验井4现场测试情况对比

表3 新投区块伺服控制器应用效果对比

表4 安装调速装置前后数据对比

由图2可以看出，工频启动时的启动电流为正常运行时的7～8倍，而变频启动的电流小于正常运行时电流值。

2.2.2 现场应用情况

2014年初在小于零下20℃低温条件下对安装调速装置3口井进行测试，安装调速装置前后数据对比见表4，系统效率由措施前20.76%提高到24.87%，提高4.11%，增幅19.78%，平均有功百米吨液单耗由1.39 kWh下降到1.18 kWh，有功节电率达到15.11%。

3 结语

1）两种节能配电装置都具有软启动特性，可以实现多级调速的目的，与抽油机的变负载特性匹配，节能效果明显，试验节电率在15%以上。

2）两种节能配电装置具有很好的现场适应性，满足室外环境要求，适合与不同机型相匹配达到节能降耗的目的。从投资考虑，老井可随电动机、控制箱现场匹配试验逐步更换，新投产能区块可加大推广应用力度。

[1]何继峰.抽油机井高能耗原因及降耗措施应用[J].石油石化节能,2013(6):39-40.

[2]卜文杰,王文秀,秦晓冬,等.提高抽油机井系统效率的理论分析与对策措施[J].资源节约与环保,2008(3): 38-41.

[3]冯成宝.油田抽油机的现状及节能方式综述[J].内蒙古石油化工,2008(3):31-33.

[4]郑刚锐,吴照云,梁士军,等.SY/T 6422—2008 石油企业节能产品节能效果测定[S].北京:石油工业出版社, 2008.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.018

2015-04-03）

江杰，工程师，2007年毕业于哈尔滨工程大学，从事采油工程方案编制工作，E-mail：jjiesk@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆市第五采油厂技术大队，163513。