抽油機(jī)井節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用

劉英智（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

抽油機(jī)是目前采油生產(chǎn)中的主要設(shè)備，在油田開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中起著非常重要的作用，同時(shí)也是耗能的主要設(shè)備。全礦現(xiàn)有機(jī)采井863口，其中抽油機(jī)601口，占采油井總數(shù)的69.6%，年耗電約5311×104kWh，占全礦生產(chǎn)用電量的38.76%。所以做好抽油機(jī)井節(jié)能降耗工作是降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。全礦采油系統(tǒng)抽油機(jī)應(yīng)用節(jié)能設(shè)備1180井次，節(jié)能型抽油機(jī)17臺(tái)，其中倍程抽油機(jī)最多為16臺(tái)；節(jié)能變壓器20臺(tái)；節(jié)能電動(dòng)機(jī)519臺(tái)，其中雙功率電動(dòng)機(jī)應(yīng)用109臺(tái)；節(jié)能型電控箱503臺(tái)，無(wú)功補(bǔ)償型72臺(tái)。

1 節(jié)能設(shè)備使用狀況及效果

1.1 改造電動(dòng)機(jī)應(yīng)用效果

由非節(jié)能單速電動(dòng)機(jī)改造成的YD系列三相異步雙速電動(dòng)機(jī)，即6級(jí)電動(dòng)機(jī)改造后為6級(jí)和8級(jí)或6級(jí)和12級(jí)兩種級(jí)別電動(dòng)機(jī)；8級(jí)電動(dòng)機(jī)改造后為8級(jí)和12級(jí)兩種級(jí)別電動(dòng)機(jī)，相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)功率降低一個(gè)級(jí)別。如功率為37kW的單速非節(jié)能電動(dòng)機(jī)，改造后功率為30/25kW，轉(zhuǎn)速6-8級(jí)，或者功率為30/20kW，轉(zhuǎn)速6-12級(jí)。45kW的單速非節(jié)能電動(dòng)機(jī)，改造后功率45/35kW，轉(zhuǎn)速為6-8級(jí)。改造后的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和定子的鐵芯都保持不變，采用正旋繞組，對(duì)定子繞組重新繞制，提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，降低震動(dòng)和噪音，使電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能得到改善。該電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于供液不足井及參數(shù)無(wú)法調(diào)小井，使裝機(jī)功率得到降低，同時(shí)利用改造后的電動(dòng)機(jī)的兩種轉(zhuǎn)速，進(jìn)行抽油機(jī)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，使供排關(guān)系得到改善，降低單井能耗，最終達(dá)到節(jié)能目的。統(tǒng)計(jì)70臺(tái)改造電動(dòng)機(jī)，平均單井有功功率下降了1.45kW，系統(tǒng)效率上升了5.30%，單井綜合節(jié)電率15.90%，單井日節(jié)電34.8kWh，取得了較好的效果[1]。

1.2 節(jié)能控制箱更換效果

1.2.1 星角轉(zhuǎn)換電控箱

星角轉(zhuǎn)換電控箱采用電容無(wú)功就地補(bǔ)償措施,可降低無(wú)功，提高功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)電的目的。

對(duì)比45臺(tái)星角轉(zhuǎn)換電控箱安裝前后效果，平均單井有功功率下降了0.67kW，系統(tǒng)效率上升了1.83%，單井綜合節(jié)電率5.49%，單井日節(jié)電16 kWh，取得了較好的效果。

1.2.2 可控硅自動(dòng)調(diào)壓電控箱

可控硅自動(dòng)調(diào)壓電控箱是采用微電子閉環(huán)電流跟蹤檢測(cè)，可控硅自動(dòng)調(diào)壓變流自動(dòng)供電?？呻S時(shí)跟蹤電動(dòng)機(jī)運(yùn)行負(fù)載變化，將檢測(cè)信號(hào)反饋給主控制板經(jīng)運(yùn)算放大處理后給出指令信號(hào)，改變可控硅的導(dǎo)通角，從而自動(dòng)控制供電系統(tǒng)的電壓和電流，使電動(dòng)機(jī)用最小功耗最佳運(yùn)行，提高了功率因數(shù)，降低了電動(dòng)機(jī)線包上的電壓和電流，達(dá)到節(jié)省電能的目的。

對(duì)比50臺(tái)可控硅自動(dòng)調(diào)壓電控箱安裝前后效果，平均單井有功功率下降了0.54kW，系統(tǒng)效率上升了1.08%，單井綜合節(jié)電率3.24%，單井日節(jié)電13kWh，效果較好。

1.3 抽油機(jī)下偏杠鈴的應(yīng)用

抽油機(jī)安裝下偏杠鈴是針對(duì)常規(guī)型游梁式抽油機(jī)其結(jié)構(gòu)的不合理性，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象。

該機(jī)保持了復(fù)合游梁式抽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，在游梁尾部增加固定偏置平衡裝置，其重心相對(duì)游梁下偏一個(gè)角度，將曲柄平衡機(jī)構(gòu)和游梁偏置平衡機(jī)構(gòu)有機(jī)的結(jié)合在一起，削減了峰值扭矩，減小了曲柄輸出扭矩的波動(dòng)，降低了裝機(jī)功率，達(dá)到了節(jié)能的目的。

該機(jī)工作時(shí)，利用變矩原理與曲柄平衡共同作用，可有效削減峰值扭矩，改善抽油機(jī)曲柄軸凈扭矩曲線的形狀和大小，使其波動(dòng)平緩，并且消除負(fù)扭矩，減小抽油機(jī)的周期載荷波動(dòng)系數(shù)，提高電動(dòng)機(jī)的工作效率[2]。

優(yōu)選調(diào)平衡困難，需加減平衡塊的1口井實(shí)施改造，前后對(duì)比，平均單井有功功率下降了1.58 kW，系統(tǒng)效率上升了6.51%，單井綜合節(jié)電率14.83%，單井日節(jié)電37.92kWh，取得了較理想的節(jié)電效果。

2 節(jié)能措施綜合效益評(píng)價(jià)

2.1 節(jié)能設(shè)施效益綜合評(píng)價(jià)

兩種節(jié)能電控箱，改造電動(dòng)機(jī)由于投入費(fèi)用在1萬(wàn)元以下，投資回收期均在3年以內(nèi)，符合國(guó)家規(guī)定。抽油機(jī)改造下偏杠鈴平均單井年節(jié)電量達(dá)到13841kWh，可由于改造費(fèi)用較高，因此資金回收期在4.2年。改造電動(dòng)機(jī)平均單井年節(jié)電量達(dá)到12702kWh，資金回收期在1年以內(nèi)。2種不同型號(hào)的節(jié)能電控箱年節(jié)電費(fèi)用基本在2000元以上，星角轉(zhuǎn)換型電控箱由于造價(jià)只略高于普通電控箱，成本可在3個(gè)月內(nèi)收回。而可控硅調(diào)壓型電控箱成本較高，因此投資回收期較長(zhǎng)，在2年以上。

2.2 節(jié)能產(chǎn)品疊加效果評(píng)價(jià)

從效率對(duì)比曲線來(lái)看，疊加的節(jié)能產(chǎn)品基本上不起節(jié)能作用。其原因在于在使用一種節(jié)能產(chǎn)品時(shí)，已將抽油機(jī)的裝機(jī)功率減少，能耗降到了一定值，能量浪費(fèi)小，見(jiàn)圖1。

圖1 效率對(duì)比曲線

兩種以上的節(jié)能產(chǎn)品疊加使用時(shí)，其功能相重復(fù)，因此達(dá)不到疊加的節(jié)能效果（如控制箱和電動(dòng)機(jī)），經(jīng)濟(jì)效益差，最好不要疊加使用。節(jié)能產(chǎn)品疊加的平均綜合節(jié)電率在10%左右，基本與單項(xiàng)節(jié)能產(chǎn)品的節(jié)電效果相同。

各種節(jié)能產(chǎn)品在輕載時(shí)都有一定的節(jié)能效果，當(dāng)功率利用率超過(guò)50%、負(fù)載率小于65%時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境惡化，能耗上升，因此，節(jié)能抽油機(jī)在滿足啟動(dòng)要求的條件下，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的能力指標(biāo)和井況，考慮功率利用率上限確定裝機(jī)功率。

3 結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)采油二礦使用的節(jié)能產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況跟蹤、能耗測(cè)試及綜合效益評(píng)價(jià)，我們認(rèn)為單從節(jié)電角度考慮抽油機(jī)改造下偏杠鈴效果最好，平均單井日節(jié)電達(dá)到37.92kWh，有功消耗明顯降低。而從經(jīng)濟(jì)效益上考慮，由于改造費(fèi)用偏高，收回成本時(shí)間需4年以上，因此不適合大規(guī)模推廣。單從經(jīng)濟(jì)效益上看，將普通配電箱更換成星角轉(zhuǎn)換節(jié)能型電控箱成本最低，雖然平均單井日節(jié)電只有16kWh，但單井只需要增加600元，3個(gè)月左右即可收回成本，而且安裝方便，且通過(guò)1年來(lái)的使用，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，因此適合油田應(yīng)用。

2）針對(duì)采油礦沒(méi)有任何節(jié)能設(shè)備，以及只應(yīng)用一項(xiàng)節(jié)能設(shè)備的抽油機(jī)，其主力機(jī)型為常規(guī)機(jī)和偏置機(jī)，應(yīng)以如下模式改造：

一是將常規(guī)機(jī)和偏置機(jī)改造為雙驢頭抽油機(jī)或下偏杠鈴抽油機(jī)，其匹配原則為：改造抽油機(jī)+Y系列電動(dòng)機(jī)+無(wú)功補(bǔ)償控制箱。

二是在常規(guī)機(jī)和偏置機(jī)上更換節(jié)能電動(dòng)機(jī)或節(jié)能控制箱，其匹配的原則為：

常規(guī)機(jī)或偏置機(jī)+Y系列電動(dòng)機(jī)+Y-Δ變換控制箱（帶無(wú)功補(bǔ)償）；

常規(guī)機(jī)或偏置機(jī)+雙功率電動(dòng)機(jī)+無(wú)功補(bǔ)償控制箱；常規(guī)機(jī)或偏置機(jī)+高扭矩電動(dòng)機(jī)+無(wú)功補(bǔ)償控制箱。在今后新投產(chǎn)的油井上，應(yīng)首選節(jié)能抽油機(jī)，順序依次為雙驢頭抽油機(jī)、下偏杠鈴抽油機(jī)、調(diào)徑變矩抽油機(jī)、無(wú)游梁式抽油機(jī)。其匹配原則為：

節(jié)能抽油機(jī)+Y系列電動(dòng)機(jī)+普通控制箱（帶無(wú)功補(bǔ)償）。

[1]田志國(guó),孫立莊,汪文祥.關(guān)于抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)的探討[J].硅谷,2009(17)：54-55.

[2]喬守武,梁旭,詹健,等.抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)在長(zhǎng)慶油田中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油石化,2008(9)：36-38.