劉玲

[摘 要]機械采油是目前油田主要的采油方式。抽油機電機許多處于“大馬拉小車”的狀態(tài)，效率低。中小型三相異步電動機耗電約占35%，是耗能大戶。本文分析了抽油機高能耗運行的原因，介紹了近幾年來在抽油機井所采取的節(jié)電降耗措施，進行了節(jié)能測試試驗評價，提出了具體的措施，取得了較好的節(jié)能降耗效果。

[關(guān)鍵詞]抽油機；高能耗；節(jié)電降耗

中圖分類號：U463.23+4.8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）23-0057-01

0 引言

機械采油是目前油田主要的采油方式。傳統(tǒng)的抽油機普遍存在著起動沖擊大，運行耗電多，大馬拉小車、效率低下等諸多問題，加之油井情況復(fù)雜，稠油、結(jié)蠟現(xiàn)象較多，斷桿、燒電機等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，對電動機沒有可靠的保護功能，設(shè)備維修量大。

在油田生產(chǎn)實際中，由于管理技術(shù)水平等問題，很多電機處于輕載、低效、高耗能的運行狀態(tài)，電能浪費嚴(yán)重。因此，抽油機電機節(jié)能降耗是油田節(jié)電降耗、降低開采成本的主要探索方向。

1 抽油機能耗高的原因分析

1.1 老舊電機數(shù)量多

部分電機使用時間過長，內(nèi)部材料老化嚴(yán)重，有些電機的使用時間在20-30年以上；而另一部分電機制造工藝已屬落后淘汰技術(shù)，各類技術(shù)性能參數(shù)遠(yuǎn)差于新型電機。無論是電機過舊還是制造工藝過時，均會造成電機運行負(fù)擔(dān)加重，電機效率低下，電機損耗也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于新裝或新型電機。

1.2 電機匹配不當(dāng)

機械設(shè)備與電機配套不合理，包括形式選用不合理、容量選用不合理、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速選用，不合理等現(xiàn)象比較普遍，而機動設(shè)備的用戶也由于對設(shè)備的選用不合理，運行方式不合理，造成大量的電機處于低效率運行狀態(tài)。很多電機在選配時沒有認(rèn)真規(guī)劃，導(dǎo)致真正投入使用后電機額定功率對匹配功率過大（大馬拉小車）或過?。ㄐ●R拉大車）的問題。其中“大馬拉小車”使電機多損耗了一部分空載損耗；而“小馬拉大車”則使電機超負(fù)荷運行，電機負(fù)擔(dān)過重，電機溫升過高，嚴(yán)重影響電機使用壽命。

1.3 特殊工藝造成高耗低效運行

抽油機由于其特殊的運行要求，所匹配的電機必須同時滿足最大沖程，最大沖次，最大允許掛重的三個要求，還須具有足夠的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，以克服抽油機啟動時嚴(yán)重的靜態(tài)不平衡。因此，往往抽油機在設(shè)計時確定的安裝容量裕度較大。如6型抽油機配Y200L-6/18.5kW，10型抽油機配Y250M-6/30kW等，但實際功率卻比額定功率要小的多。因此，在抽油機電機的選配上往往安裝了容量較大的電機，增加了電機的空載損耗；而抽油機的特殊的負(fù)荷變化，使得電機的無用功增加，這都使采油系統(tǒng)和電機的效率較低。

2 降低抽油機井能耗的措施

2.1 淘汰老舊落后電機

高效節(jié)能型電機的電機損耗僅是傳統(tǒng)落后電機的幾分之一，但電機效率卻明顯高于同狀態(tài)下一般電機，是老舊落后電機更替的首選。

（1）永磁同步電機。抽油機上使用的永磁同步電機是一種異步啟動的同步電機，由轉(zhuǎn)子交流啟動后牽入同步運行，類似于交流同步電機。其運行是靠定子繞圈在氣隙中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子上磁鋼間的相互吸引，使轉(zhuǎn)子與定子氣隙磁場同步旋轉(zhuǎn)而做功。其轉(zhuǎn)子等效電阻電路，故功率因數(shù)高，因無磁勵電流，其空載損耗小。電機效率可達96%左右，較三相異步電機高。

（2）直流電機。直流電機有優(yōu)良的控制性能，其機械特性和調(diào)速特性均為平行的直線，這是各類交流電動機所沒有的特性。此外，直流電動機還有起動轉(zhuǎn)矩大、效率高、調(diào)速方便、動態(tài)特性好等特點。

（3）其他專用電機。對有特殊工藝要求的設(shè)備，其對電機某一方面性能的要求不同，應(yīng)結(jié)合具體情況具體裝配，盡量減少因普通電機為彌補專用電機性能而造成額外電機電耗。

2.2 正確匹配電機功率

在選擇電機時應(yīng)注意：（1）如果電機功率選得過小，就會出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電機長期過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電機被燒毀。（2）如果電機功率選得過大，就會出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象。其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利，而且還會造成電能浪費。

要正確選擇電動機的功率：

（1）對于恒定負(fù)載連續(xù)工作方式，所選電機的額定功率應(yīng)等于或稍大于計算所得的功率。

（2）短時工作定額的電機，與功率相同的連續(xù)工作定額的電機相比，最大轉(zhuǎn)矩大，重量小，價格低。因此，在條件許可時，應(yīng)盡量選用短時工作定額的電機。

（3）對于斷續(xù)工作定額的電機，其功率的選擇要根據(jù)負(fù)載持續(xù)率的大小，選用專門用于斷續(xù)運行方式的電機。此外，也可用類比法來選擇電動機的功率。所謂類比法。就是與類似生產(chǎn)系統(tǒng)所用電機的功率進行對比。

具體做法是：了解本單位或附近其他單位的類似生產(chǎn)系統(tǒng)使用多大功率的電機，然后選用相近功率的電機進行試車。驗證所選電機與生產(chǎn)機械是否匹配。驗證的方法是：使電機帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)，用鉗形電流表測量電機的工作電流，將測得的電流與該電機銘牌上標(biāo)出的額定電流進行對比。如果電機的實際工作電流與銘牌上標(biāo)出的額定電流上下相差不大，則表明所選電機的功率合適。

如果電機的實際工作電流比銘牌上標(biāo)出的額定電流低70%左右，則表明電機的功率選得過大（即“大馬拉小車”）應(yīng)調(diào)換功率較小的電機。如果測得的電機工作電流比銘牌上標(biāo)出的額定電流大40%以上，則表明電機的功率選得過?。础靶●R拉大車”，應(yīng)調(diào)換功率較大的電機。

2.3 合理調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，加強管理節(jié)能

電機的日常維護也是決定電機是否高效低耗經(jīng)濟運行的重要因素，要按照系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的要求，定期檢查電機運轉(zhuǎn)情況，優(yōu)化管理和維護。避免電機長時間超負(fù)荷、高溫運行，對電機效率過低、不能經(jīng)濟運行的電機要及時進行原因監(jiān)測分析，調(diào)整負(fù)載狀態(tài)，盡可能地保持電機長時間處于經(jīng)濟運行狀態(tài)。

對運行的各個系統(tǒng)，進行正確的參數(shù)設(shè)置，監(jiān)控電機與終端裝置的匹配狀況，避免“大馬拉小車”和“小馬拉大車”現(xiàn)象，讓電機始終保持在經(jīng)濟運行位置。

機采系統(tǒng)具有電機啟動電流大，運行功率遠(yuǎn)低于電機額定功率，負(fù)荷時刻變化，有上下兩個臨界點，這些特點要求定期使用嵌型電流表等簡易儀器測試抽油機上下沖程最大電流，調(diào)整平衡度，使抽油機平衡度保持在80%-110%，將電機的無用功降低到最小。此外，對日產(chǎn)液量太小的油井，采取間開的方法，既可以聚積采油能量提高采油效率，又可節(jié)約間歇停井時的電量，如一天平均停井12小時，相應(yīng)的可節(jié)省50%的電費。

2016年6月，我們選擇了20口抽油機井進行電機中間軸改造，在不影響液量和原油正常生產(chǎn)的情況下，單井平均沖次降低1.8次/分，單井平均輸入功率下降2.49千瓦，單井日節(jié)電59.5千瓦時，系統(tǒng)效率提高5.05%，綜合節(jié)電率達29.8%。該技術(shù)的應(yīng)用不僅解決了供液不足、動液面低、產(chǎn)能低的抽油機井運行能耗大的問題，而且解決了抽油機井其動力矩大與運行功率小之間的矛盾，避免了抽油機不必要的高速運行導(dǎo)致的能耗大、減速箱磨損快等問題。

2.4 使用軟啟動、變頻調(diào)速裝置或安裝節(jié)電裝置

通常感應(yīng)電動機采用直接啟動或一般啟動的方法，電機的全壓起動電流為額定電流的5-7倍，不僅損耗大，對電網(wǎng)沖擊也大，機械磨損，振漏大。如果用變頻調(diào)速啟動，可以將起動電流限制到很小，即使是滿載起動，也只比額定電流稍大就可以了，損耗大大降低，既不沖擊電網(wǎng)，又不沖擊機械。

3 結(jié)束語

隨著節(jié)能節(jié)電技術(shù)的不斷發(fā)展，針對電機節(jié)電的各類節(jié)電裝置也不斷涌現(xiàn)，其主要原理是通過各種不同手段動態(tài)調(diào)節(jié)電機運行狀態(tài)過程中的電壓電流，在保證電機轉(zhuǎn)速的前提下，保持電機的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的精確匹配，有效地減少有功功率和無功功率損耗，也相應(yīng)減少了磁損耗，同時使電機的功率因數(shù)提高。一般情況下綜合節(jié)電率在15%以上。

參考文獻

[1] 國家發(fā)展和改革委員會.SY/75264-2006.油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法.北京：石油工業(yè)出版社，2006.