抽油机井控制柜与电动机匹配适应性研究

索恩祥（大庆油田有限责任公司第五采油厂）

抽油机井控制柜与电动机匹配适应性研究

索恩祥（大庆油田有限责任公司第五采油厂）

随着油田节能技术的发展，各种新兴节能技术应用于油田节能设备中。通过两种节能电动机与三种节能控制柜匹配试验，以有功功率、无功功率、综合节电率等相关参数变化为评价依据，获得不同功率利用率的匹配效果。在考虑新老井中抽油机转矩、电动机转矩及安全系数的情况下，以匹配效果作为指导，评价目前抽油机井节能状况，对电动机和控制柜匹配不合理的抽油机井，实施设备对调，提高了节能设备的利用效率。

匹配；有功功率；无功功率；综合节电率

目前，全国油田面临着成本增加，经济效益下滑的形势。为控制成本，提高节能设备利用效率，提出运用已安装的节能电动机和控制柜合理匹配构想。以Y系列普通电动机和普通控制柜、Y系列普通电动机与节能控制柜、节能电动机与普通控制柜能耗组合测试电量为基础数据，对比匹配节能电动机和节能控制柜节电效果，取得各种节能设备的适应性匹配，指导未来电动机安装和设备对调工作。

1 现场匹配研究

1）避免试验成果具有片面性，各挑选5口不同液量级别、沉没度差异、井况正常井，统计普通设备与节能设备匹配节电效果。挑选相同功率高转差电动机、高启动力矩电动机、无功补偿控制柜、变频控制柜[1]、调压控制柜[2]与常规电动机和控制柜。

2）挑选上冲程及下冲程电流和功率比例均达到90%以上平衡井，日产液量接近区块平均产液量井，含油饱和度为区域含油饱和度，沉没度在合理范围内。按照电动机和控制柜匹配设计图方式统计节电效果（图1）。

图1 电动机和控制柜匹配设计

3）根据百米吨液单耗、有功功率、无功功率、功率因素[3]等数据，确定节能设备匹配节电效果，从而判定最佳组合方式（表1）。

表1 试验结果判定依据

2 数据统计及分析

根据四种匹配测试数据说明，相对于常规设备组合，常规电动机与变频控制柜组合、高转差电动机与常规控制柜组合、双节能组合节能效果明显，节电率分别为7.3%、8.6%、12.1%，百米吨液单耗下降0.01 kWh、0.09 kWh。高转差电动机与变频控制柜组合生产节电率为12.1%，无功功率下降5.34 kvar，百米吨液单耗下降0.15 kWh。根据匹配原则设计流程说明，高转差电动机和变频控制柜适合匹配生产。以同样的数据统计方式统计其他它五种节能方式组合，节电率均大于单节能设备节电效果，通过对比不同功率利用率区间节能组合节电效果，获得最佳节能组合（表2）。

现场电动机安装根据抽油机净转矩曲线来计算均方根转矩[4]，再通过抽油机折算电动机转矩，同时对比实际电动机转矩，最终确定电动机所需装机功率。出于对电动机启动方面的考虑，新老井的设备选择需考虑不同安全系数[5]，新井安全系数为1.2～1.5，老井安全系数为1.5～2.0，且井底产液波动较大，致使生产井电动机处于不同功率利用率区间，匹配节能电动机和控制柜工作，应当考虑不同区间节电效果。

根据电动机不同功率利用率区间测试数据说明，在功率利用率低于20%、有功功率相对较低的情况下，电动机转数为定值情况下无功功率变化不大。相对于调压、补偿控制柜，由于变频控制柜无须换小皮带轮，通过调整频率达到参数调整的目的，且能够大幅度降低无功功率；所以变频控制柜与高启动力矩电动机、高转差电动机匹配的节电效果最佳。

表2 节能设备匹配生产原则统计表

图2 高启动力矩电动机和高转差电动机匹配不同控制柜节电率情况

在功率利用率大于20%、有功功率相对较高、载荷较大的情况下，调压控制柜通过高压启动、低压运转的功能，能够减小有功消耗，从而达到节能效果；所以变频控制柜与高启动力矩电动机、高转差电动机匹配的节电效果最佳（图2、表3）。

表3 节电效果统计

针对高转差电动机和高启动力矩电动机，在功率利用率处于10%～20%时，匹配变频控制柜节电率较其它控制柜高出3%～5%。以平均单井日耗电140 kWh计算，平均节电率按照4%计算，日节电5.6 kWh；按照全年365 d和电价0.638 1元/kWh计算，较其他匹配方式单井每年多节约费用0.13万元。在功率利用率处于20%～30%时，匹配变频控制柜节电率较其他控制柜高出1%，平均日节电1.4 kWh。按照全年365 d和电价0.638 1元/kWh计算，单井年节约费用为0.03万元。

3 结论

1）各功率利用率区间存在不同节能电动机和节能控制柜匹配组合。

2）变频控制柜存在改变频率功能，与处于低功率利用率区间节能电动机匹配节电效果明显。

3）调压控制柜与处于高功率利用率区间电动机匹配节电效果明显。

[1]刘慧芬.变频调速技术在游梁式抽油机中的应用[J].石油矿场机械，2004（5）：80-82.

[2]谢秀明.高压变频调速技术在火力发电厂节能中的应用[J].科技与企业，2013（4）：21-33.

[3]阚宝春.油田注水系统节能研究[J].科技资讯，2006（7）：234.

[4]文江波.大洼区块注水系统节能改造技术研究[D].大庆：东北石油大学，2012.

[5]高鹏.关于油田注水系统节能降耗途径的探究[J].化工管理，2016（4）：157.

[6]赵琳，任志华，党秀丽.浅析提高油田注水系统效率途径[J].地下水，2014（4）：194-196.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.02.001

2016-09-21

（编辑 张兴平）

索恩祥，工程师，2004年毕业于大庆石油学院，从事油田生产管理工作，E-mail：swenxiang@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第五采油厂作业大队，163513。