节能技术探索与应用

高荣华，罗改芬，邹立萍

节能技术探索与应用

高荣华1，罗改芬2，邹立萍2

（1. 延长油田股份有限公司七里村采油厂，陕西 延安 716000；2. 延长油田股份有限公司勘探开发技术研究中心，陕西 延安 716000）

抽油机作为采油的主要设备，一直担负着原油开采的主要任务。但由于油田开采是滚动开发，在生产设计之初，对抽油机所用的电力系统的设计，一般选择配电变压器容量过大，而抽油机主转动电机功率偏小，即出现“大马拉小车”的现象，导致运行极不经济，电能损耗大、平均功率低的问题长期存在。为保证电力网络运行的经济性，达到节能高效的目的，本文从电机节能技术原理及应用情况入手，评价出适合延长油田低产井的高效节能电机，为油田更好地降本增效提供科学依据。

节能； 电机； 降本增效

延长油田油井电机多为常规的4级和6级电机，转速多数为1 440 r/min，调配的冲次偏大（平均在6～8次/分）。油田已进入二次采油时代，随着油井工作时间的增加，地层压力下降导致供液不足，所测的示功图呈现“刀把状”，动液面呈下降趋势，产液量也逐渐减少。但是抽油机工作制度未能随着油井产液量工作负荷的减少而进行适时调整，电机的运行也没有在额定载荷下运行，很大一部分电机的负荷偏轻，未能在最佳载荷下运行。据部分采油厂调研时发现，有18.1%的电机运行时，它的载荷只用了额定载荷的75%；35.6%的电机运行时负载占50%~75%；46.3%的电机运行时负载只占用了额定载荷的49%以下。“大马拉小车”的现象很严重，这样就使得整个抽油机地面系统效率大大降低，从而降低机采系统效率水平，导致电能浪费严重，电机运行效率下降，功率因数也不能达到要求，无形中加大了生产成本，这与我们公司倡导的绿色环保节能高效的理念背道而驰。普通游梁式抽油机是一个四连杆机构，启动初期，载荷较大，随着载荷的增大，到达下死点，卸载，还会产生向上的液柱载荷，驴头处的悬点载荷是交变的，这就导致电机在运行时电流、功率、功率因数随着驴头处的载荷变化而变化，为了解决抽油机在启动初期较大的静载力矩，一般采取的是在普通的Y系列电机上加大容量，但是这很容易造成了“大马拉小车”现象。为解决这一问题，应用了永磁同步电动机、二级减速控制装置、变频控制装置等节能技术。

1 二级减速装置

该技术是在不改变现抽油机结构方式情况下，以纯机械的方式调整抽油机冲次，探索清洁绿色的节能技术。

在电机和皮带轮之间增加二级减速装置，即可将抽油机的冲次降低1~3倍，以适应不同低渗透、超低渗透油田的技术需要。整机的齿轮采用硬齿面渐开线齿形的螺旋设计，运转平稳、耐磨、耐冲击、寿命长；采用简单可靠的顶压机构连接，确保皮带传动的稳定、可靠，环境适应性好。通过二级减速装置降低抽油机电机的转速，从而降低抽油机的冲次，减少杆管偏磨次数，提高电机功率和抽油泵的充盈率，可大大减降低油管和抽油杆偏磨损伤的速率，降低油井作业成本，达到节能降耗的目的。

选取永宁采油厂为试验井，井深1 200~1 500米，替换为7.5 kW的二级减速电机，结合选井原则及吴起采油厂的采油现状，将该厂原来的电机替换为11 kW的二级减速电机，安装后油井节电效果明显。永宁采油厂试验井平均日节电量为25.5千瓦时，节电率达到31.4%；吴起采油厂试验井平均日节电量为36.8千瓦时，节电率达到27.9%。吴起采油厂试验井较永宁采油厂油井偏深，节电量更明显。在同等抽油环境下，将原来的普通电机替换为二级减速电机，油井产液量正常，油井冲次降到3次/min左右，油井节电效果十分明显。

2 稀土永磁电机

普通的电机是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩。稀土永磁同步电机是用钕铁硼材料的永磁体代替定子绕组的励磁电流进行励磁。稳态情况下，定子旋转磁场与永磁体建立的主极磁场保持相对静止，主极磁场随着旋转磁场同步转动，与转子转速同步，它们之间相互作用产生电磁转矩[2]。其工效和功率因数要比一般异步电机更高，而且还省电，自身机械特性较硬，运行过程中无转速差异。稀土永磁材料的发展分为三个阶段，第一代是美国道尔顿Strnat教授发现的钐钴永磁材料，化学式为RCo5；第二代稀土永磁材料，其化学式为R2Co17；第三代稀土永磁材料钕铁硼，化学式NdFeB，其磁性能高于其他永磁材料，价格低于稀土钴永磁材料。

在长庆油田第一采油厂杏河作业区选取两口试验井，测试稀土永磁同步电动机RSM160L-6性能，结果表明该稀土永磁同步电动机可以替代比它大一个规格的三相异步电动机，并且节能效果显著，具有巨大的应用价值。

3 变频调参技术

油井开发一段时间后，会出现地层供液能力不足的情况，当抽油机下冲程时，电机负荷由大变小，当抽油机上冲程时，电机负荷由大变小，呈正弦变化趋势，通过变频调参技术，可根据采油速度调整电动机的转速，当油层供液不足时，降低电机转速，减少耗电量；当油层供液能力较强时，提高电机转速，增加产油量，这样可以适时调整电机转速，提高生产效率。使用变频调速后有以下几方面的好处：

（1）变频调速后，可根据日常产液量、泵径推算出合适的工作频率；

（2）变频调速后，抽油机可以实现平稳启动，降低对地面采油设备的冲击，延长使用寿命，无形中也是节约了生产成本；

（3）功率因数、地面系统效率大幅提升。地面系统效率可由原来的 3.6~4.1 提高到5.2以上，最大可能的降低无功功率，从而使得功率因数大大提高，进而降低电网压力，提高供电安全水平[3]。

选取延长油田永宁采油厂双河区块168口油井作为试验井，采用变频储能调速技术后，功率因数均值由0.312提高为0.98，降低了无功功耗和启动初期的对电机、电网设备、抽油机及井下管柱等设备冲击，达到了节能降耗的目的[4]。

4 结 论

以油井现有生产能力以及充分考虑将来油井产量进一步变化为前提，即保证充分满足油井生产需要，又能最大限度实现中长期的节能增效，进一步降低生产运行成本，在充分调研、科学分析、实验应用的基础上，试验二级减速电机、稀土永磁电机、变频调参技术等各类节能电机，均能做到生产节能高效两不误，实现百年油田长期科学可持续性发展的要求。

［1］薄保中，苏彦民，谢力华，等.抽油机用稀土永磁同步电动机的研制[J].微电机，2000，33(5):48-49+53.

［2］曹志彤，马雷.稀土永磁同步电动机参数与高节能的相关性研究[J].中国电机工程学报，1994，14(1):61-66．

［3］钟平，李正平，黄建辉，等.抽油机井高效节能技术[J].国外油田工程，2000,(2):32-35.

［4］余西洲，冯福本.对抽油机发展的看法和建议[J].石油机械，1996，24（增刊）:140-144.

Exploration and Application of Motor Energy Saving Technology

1,2,2

（1. Yanchang Oilfield Co., Ltd. Qilicun Oil Production Plant, Shaanxi Yan’an 716000, China; 2. Yanchang Oilfield Co., Ltd. Exploration and Development Research Center, Shaanxi Yan’an 716000, China）

As the main equipment of oil production, the pumping unit has been shouldering the main task of oil production. But as a result of oil field exploitation is rolling development, at the beginning of the production design, in the design of the electric power system for pumping unit, generally chosen distribution transformer capacity is too big, and the motor power of pumping unit is small, the mismatching phenomenon causes high cost, the power loss is big, the problem of low average power factor exists for a long time. In order to ensure the operation economy of power network, achieve the goal of energy saving, starting from the principle and application of motor energy saving technology, high efficiency and energy saving motor was screened out, providing a scientific basis for cost reducing and efficiency increasing of oil fields.

energy saving; motor; cost reducing and efficiency increasing

2019-09-10

高荣华(1987-)，男，工程师，硕士，陕西省延安市人，2015年毕业于西安石油大学油气田开发专业，从事注水开发工作。

罗改芬(1988-)，女，工程师，硕士，从事机械采油工作。

TM305

A

1004-0935（2020）01-0062-03