抽油機“一拖多”節(jié)能效果測試方法探索

王海軍 雷 鈞 濮新宏

中國石油長慶油田分公司 技術監(jiān)測中心 (陜西 西安 710021）

抽油機“一拖多”節(jié)能效果測試方法探索

王海軍 雷 鈞 濮新宏

中國石油長慶油田分公司 技術監(jiān)測中心 (陜西 西安 710021）

通過分析抽油機“一拖多”變頻技術節(jié)能效果測試中存在的問題，結合“一拖多”的節(jié)能原理，比較井組測試和單井測試2種不同方法判定節(jié)能效果的科學有效性，得出井組測試是適應“一拖多”變頻原理測試方法的結論。

抽油機 “一拖多” 節(jié)能效果

中國石油長慶油田分公司自2009年起在所屬采油區(qū)塊進行了抽油機“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻裝置的現(xiàn)場前導試驗，論證該技術在實際應用中的安全性、可靠性、穩(wěn)定性及節(jié)電效果。

1 抽油機“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻裝置簡介

“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻能量回饋調(diào)速系統(tǒng)是在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子變頻直流回路中，加上一個并聯(lián)直流斬波器，利用斬波器將轉(zhuǎn)子側(cè)整流電壓和逆變側(cè)直流電壓進行脈寬調(diào)制匹配 （由占空比控制而改變轉(zhuǎn)子直流電壓電勢Ef）。這樣就可以使逆變器的觸發(fā)角β固定在一個較小的角度不變，從而使逆變器的功率因數(shù)較高（cosФ≈cosβ），諧波分量也得到很好的抑制。該系統(tǒng)一個突出優(yōu)點是βmin可以很小，逆變器中的晶閘管能從根本上消除換流重疊現(xiàn)象，逆變器功率因數(shù)可達0.97，并且不隨調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而變化，從而大大減小了逆變器對電網(wǎng)的無功沖擊;另一突出優(yōu)點是逆變器的容量，比傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子變頻系統(tǒng)要小得多。由于逆變器的功率因數(shù)接近1，所以，通過逆變器傳輸?shù)墓β时闳渴怯泄β?，并且可以近似認為逆變器傳輸?shù)墓β示褪寝D(zhuǎn)差功率。

可控硅逆變器逆變角固定在一個較小的角度不變，僅實現(xiàn)電機能量的逆變回饋功能，調(diào)速功能由并聯(lián)IGBT斬波器完成。對于多臺電動機而言，其能量回饋功能可通過共用一個來實現(xiàn)，而電動機的調(diào)速由多只IGBT斬波器分別實現(xiàn)，這便是“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻能量回饋調(diào)速系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多臺電動機異步同時回饋調(diào)速的基本原理(圖1)。

2 抽油機節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果的測試計算方法

機采系統(tǒng)的能耗測試主要是測試系統(tǒng)的耗電量，機采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定實質(zhì)上是計算產(chǎn)品的節(jié)電量，主要方法是通過計算節(jié)能產(chǎn)品的節(jié)電率，即有功節(jié)電率、無功節(jié)電率和綜合節(jié)電率，其中有功節(jié)電率直觀反映系統(tǒng)耗電量的變化情況。

現(xiàn)場測定機采系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)電率時主要利用SY/T 5264-2006《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法》對安裝節(jié)能產(chǎn)品前后的抽油井分別進行能耗測試（機采系統(tǒng)效率測試）[1]，并依據(jù)SY/T 6422-2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》進行節(jié)電率計算[2]。具體內(nèi)容包括測試機械采油井輸入功率P1和抽油機有效功率P2,并通過噸液百米單耗這一數(shù)值來計算應用節(jié)能產(chǎn)品前后的變化率即為節(jié)電率。

3 “一拖多”節(jié)能效果測試中存在的問題分析

通過對長慶油田第三采油廠1個井組7口油井安裝“一拖多”前后數(shù)據(jù)對比分析，得出的有功節(jié)電率、無功節(jié)電率及綜合節(jié)電率基本為負，這一結果與預期相反。對于出現(xiàn)的問題，技術人員從幾個方面尋找原因:

（1）對異常情況進行了分析，發(fā)現(xiàn)井組所屬油井無較大異動，屬于測試正常范圍，符合要求。

圖1 “一拖多”轉(zhuǎn)子變頻能量回饋調(diào)速系統(tǒng)原理圖

（2）對安裝“一拖多”之后的工況進行分析，發(fā)現(xiàn)應用“一拖多”后，系統(tǒng)運行正常，無故障發(fā)生，符合要求。

（3）對測試過程進行了分析,發(fā)現(xiàn)測試過程規(guī)范，數(shù)據(jù)采集有效，符合要求。

（4）對測試方法進行研究，發(fā)現(xiàn)在進行電參數(shù)測試時，測試點為單井電機配電柜進線端，但7口抽油機電機的輸入功率之和大于井組總進線輸入功率，即測試值與實際耗電量不相符。

通過“一拖多”具有一套逆變單元控制多臺電機并回饋電能給電網(wǎng)的節(jié)電原理分析，并結合現(xiàn)場測試中對各種問題的剖析，可以確定井組總線上有一個回饋電量，這是之前測試中未考慮到的，說明在單井電機配電柜進線端進行電參數(shù)測試的方法不適用于“一拖多”裝置的節(jié)電效果測試分析。

4 “一拖多”節(jié)能效果測試方法研究

結合“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻裝置在井組總線上有一個回饋電量的特點，現(xiàn)場測試可以同時測試井組與單井，也就是在單井機采系統(tǒng)效率測試的基礎上，將井組模擬為一個整合的機采系統(tǒng)，加測井組的總能耗，以井組為基準進行能耗分析。

4.1 現(xiàn)場測試方法

（1）電參數(shù)的測試。抽油機井的系統(tǒng)效率及“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻裝置的節(jié)電效果與電參數(shù)關系很大，為了避免偏差，將電參數(shù)的測試點安排在井組變壓器井組總線進口上，這種方法可稱為井組法。井組法主要測試井組總線上電壓、電流、有功功率、無功功率、視功率、功率因數(shù)。電參數(shù)測試中需關閉非抽油機電機用電負載，如不能關閉，必須將此塊電量單獨計量并予以剔除。

此方法的測試依據(jù)是：“一拖多”轉(zhuǎn)子變頻裝置的電能回饋是對整個系統(tǒng)的，即電能最終回饋到系統(tǒng)總線上，且生產(chǎn)單位需要交納電費的電量也是在總線上計量的，因此，將井組電參數(shù)的測點放在系統(tǒng)總線上符合現(xiàn)場實際。

（2）其他參數(shù)的測試。除電參數(shù)外，其它生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集與單井測試相同。

4.2 節(jié)能效果計算方法

4.2.1 井組輸入功率

井組輸入功率P1JZ由“電能質(zhì)量分析儀”或“抽油機系統(tǒng)效率測試儀”讀出，在井場變壓器井組總進線處測取。

4.2.2 井組有效功率

式中P2JZ—井組有效功率，kW;

P2i—單井有效功率，kW;

g—重力加速度，m/s2;

ρi—單井液體密度，t/m3;

qi—單井油井產(chǎn)液量，m3/d；

Hi—單井有效揚程，m。

4.2.3 井組系統(tǒng)效率

式中 η—井組系統(tǒng)效率，%。

4.2.4 井組有功節(jié)電率

式中

ξJZY—井組有功節(jié)電率，%；

W1JZ—井組應用“一拖多”前噸液百米提升高度有功耗電量，kW·h/(102m·t)；

W2JZ—井組應用“一拖多”后噸液百米提升高度有功耗電量，kW·h/(102m·t)。

井組應用“一拖多”前后噸液百米提升高度有功耗電量的計算如下：

式中W—井組的有功耗電量，kW·h。

4.2.5 井組無功節(jié)電率

式中 ξJZW—井組無功節(jié)電率，%；

Q1JZ—井組應用“一拖多”前噸液百米提升高度無功耗電量，kvar·h/(102m·t)；

Q2JZ—井組應用“一拖多”后噸液百米提升高度無功耗電量，kvar·h/(102m·t)。

井組應用“一拖多”前后噸液百米提升高度無功耗電量的計算如下：

式中QJZ—無功耗電量，kvar·h；

Q—井組無耗電量，kvar·h。

4.2.6 井組綜合節(jié)電率

式中Kq—無功經(jīng)濟當量，kW/kvar·h

ξJZ—井組綜合節(jié)電率，%。

4.3節(jié)能效果測試方法影響試驗

為了比較“一拖多”節(jié)能效果測試方法與傳統(tǒng)方法在測試中存在的差異，選取長慶超低滲透油藏第二項目部3個使用RZP-CY01NB型“一托多”轉(zhuǎn)子變頻能量回饋調(diào)速系統(tǒng)的井組進行測試方法影響試驗(表1)。

對表1中的數(shù)據(jù)進行比較得出，在使用 “一拖多”裝置后，因井組測試和單井測試在電參數(shù)方面的差距較大，導致系統(tǒng)效率也有變化。3個井組的數(shù)據(jù)中，具體表現(xiàn)為：有功功率平均下降了1.49kW，降低程度達到14.86%；無功功率平均下降了8.28kvar，降低程度達到71.26%；功率因素平均提高了0.26，提升程度達到42.22%；系統(tǒng)效率提高了1.59%，提升程度達到17.55%，測試結果與“一拖多”節(jié)能原理相一致。

表1 試驗數(shù)據(jù)分析表

5 結 論

相比傳統(tǒng)的單井測試方法，采用井組測試的方法后，有功功率、無功功率普遍有所降低，功率因數(shù)、系統(tǒng)效率得到較大提升，尤其是在無功功率和功率因數(shù)上變化較大,變化的值就是井組測試方法對單井測試方法產(chǎn)生的偏差的修正值。因此，井組測試法符合“一拖多”節(jié)能原理設計，是一種科學評價抽油機“一拖多”技術節(jié)能效果的測試方法。

[1]SY/T 5264-2006油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法[S].

[2]SY/T 6422-2008石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定[S].

Through the analysis on the problems existing in the test for the energy-saving effect of one-driven-several converter technique of well pumping unit,and combined with the energy-saving principle of one-driven-several type,the comparison is carried out between well group test and single well test so as to determine the scientific validity of energy-saving effects.Then it is concluded from the above study that well group test is adaptable to the testing method of one-driven-several converter principle.

well pumping unit;“one-driven-several”;energy-saving effect

王海軍(1981-),男,現(xiàn)主要從事油氣田節(jié)能監(jiān)測工作。

2012-03-18▎