抽油機井電動機匹配功率裕量分析

陳溪（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

抽油機井電動機匹配功率裕量分析

陳溪（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

針對抽油機井電動機匹配后由于動態的變化，導致部分井功率裕量偏小的問題，從電流、載荷變化幅度情況、以及上產調參方面進行了統計分析，通過建立匹配計算模型，根據載荷變化幅度計算需要增加的功率裕量，從而使電動機匹配功率更加合理，使所匹配的電動機既能滿足生產的需要，同時達到降低能耗，降低采油成本的目的，可有效提高油田開發的經濟效益。

抽油機井 電動機功率匹配 合理裕量

喇嘛甸油田進入高含水后期開發階段，由于水驅和聚驅開發工作的深入調整。地下動態變化幅度較大，油井生產動態也相應變化，抽油機運行負荷降低，原來設計的電動機功率偏大，根據現場測試情況統計，現在使用的55kW的電動機，正常運行功率小于20kW功率利用率為18.26%，有82%的抽油機井功率因數在0.4左右，大容量電動機驅動較輕的負載，勢必造成電能的浪費，增加采油的成本。因此，對抽油機井電動機進行合理匹配，以此降低能耗具有重要意義，同時為滿足上產、調參的需要，因此開展了電動機匹配功率裕量分析，從而更好地開展電動機合理匹配工作。

1 電動機匹配合理裕量分析

抽油機井在正常生產過程中由于油管結蠟、抽油桿偏磨、不平衡等因素造成負荷增加，還有低含水井今后提高產液等因素都會使抽油機井負荷增加。電動機匹配計算功率時，是根據抽油機井正常生產時的示功圖數據來計算的，所計算出的電動機功率是平均運行功率，數值較小，為使匹配的電動機功率比較合理，需增加一定的裕量來解決以上問題，使匹配的電動機既能滿足正常生產以及上產需要的同時，盡量降低能耗。

電動機匹配計算模型：

如果把抽油機光桿載荷與電動機輸出功率看成是一種線形關系，就可以建立如下數學模

式中：

Pd——電動機實際功率需求，kW；

CLF——曲柄軸上周期載荷系數；

E——實際平均效率；

Pr——懸點處的光桿功率，kW；

η——從電動機軸到懸繩器的平均效率；

A——功圖面積，mm2；

Sd——減程比，m/mm；

Fd——力比，N/mm；

N——沖速，min-1；

Ie——均方根電流，A；

Im——平均電流，A；

Ii——對應每個曲柄轉角啟動電流，A。

2 正常生產過程中的功率裕量分析

對正常生產過程中的裕量，從兩個方面進行分析，一是抽油機井負荷變化情況；二是抽油機井電流變化情況。

2.1 負荷變化情況統計分析

為了研究抽油機井在正常生產過程中負荷的變化情況，對50口抽油機井一個洗井周期內的負荷數據變化情況進行了統計、分析，平均負荷變化曲線函數為Y=0.0034ln(X)+0.24，即：抽油機井在正常生產過程中平均負荷變化幅度約為24%。其平均負荷變化幅度見圖1。

圖1 平均負荷變化散點圖

2.2 電流變化情況統計分析

抽油機井正常生產過程中負荷變化勢必造成電動機運行時的電流發生變化，為分析電流的變化情況，對50口抽油機井的電流變化情況進行了統計分析，經分析得電流變化曲線函數為：Y=0.0071 ln(X)+0.27，即：正常生產過程中電流的變化幅度約為27%。電流變化幅度見圖2。

圖2 電流變化幅度散點圖

根據公式（1）（2）（3）計算負荷、電流變化裕量分別為2.66kW、2.98kW，由計算數據分析可知，對同一口井，用電流的變化幅度和用平均負荷的變化幅度進行裕量計算，計算結果比較接近。根據負荷計算時利用到光桿功率、周期載荷系數、傳動效率等實際生產數據，考慮的因素比較多，且是實際生產數據；電流是負荷變化情況的反映，如果該井裝有節能控制箱，則電流顯示數值較小，計算結果也就較小，理論和實際就相差較大，所以利用電流變化幅度計算的結果不如用負荷變化幅度計算的結果更準確。

2.3 上產調參時的功率裕量分析

2.3.1 含水在95%以上的油井

由于含水比較高，這樣的抽油機井產能比較低，一般不再進行上調參，因為沒有經濟效益可再提高。對這樣的抽油機井進行電動機匹配時不需要留有太多的裕量，以免能耗的增加。

2.3.2 含水在95%以下的油井

對于含水在95%以下的抽油機井，含水相對低些，產能也相對比較高，根據需要可進行提高產液。提高產液一般是通過以下三種方式：提高沖速；加大沖程；換大泵。

1）沖速調整分析。為提高產液進行提高沖速，沖速增加則會導致負荷增加，所需電動機的功率也將增加，為此在電動機匹配時需留有一定的裕量。沖速的提高應根據該抽油機井動液面的情況，地下流壓的變化情況，以及抽油機允許的最大扭矩等因素來確定，再就是從經濟效益方面考慮，由于沖速提高能耗增加，設備磨損嚴重，斷桿及檢泵率加大，縮短了抽油桿，油管以及井下工具的使用壽命。具體提高幾次應根據具體情況進行預產，通過公式：Q/η=K×N×S計算來確定。

由于沖速的提高使抽油機負荷增加，扭矩增加，利用公式計算出最大、最小懸點載荷以及最大扭矩，最后求出所需增加的功率。

根據公式可以計算出功率裕量：

式中：

Wr——抽油桿在液柱中的重力令其等于抽油桿在下沖程作用在懸點的載荷，kN；

Wl——油管內柱塞以上液體重力，kN；

S——沖程，m。

2）沖程調整分析。加大沖程使產液增加，抽油機井的負荷增加也隨之增加，為了使匹配的電動機功率滿足正常調參的需要，需增加的裕量可以根據公式（4）（5）（6）（7）進行計算。具體匹配時應根據具體情況決定是否留出裕量，當該抽油機井已經在最大沖程位置了，匹配電動機時不需為沖程留有裕量功率。

3）泵型調整分析。對于動液面比較淺，而且含水比較低，產能較高的抽油機井，當提高沖速以及加大沖程動液面都變化較小，可以通過換大泵提高排量，具體功率裕量可以根據公式（4）（5）（6）（7）進行計算。

3 抽油機啟動裕量分析

由于電動機種類、系列不同，其性能也有較大的差異，對其啟動時留有的功率裕量也就不同，對于不同機型的抽油機來說，其靜扭矩也不相同，需要的啟動功率也就不同。經統計全廠抽油機機型主要有CYJ10型、CYJ11型、CYJ14型的。電動機主要有YCY系列的、Y系列的以及永磁的。

電動機啟動時需克服較大的靜扭矩，由于扭矩隨曲柄角度變化，比較復雜，計算比較困難，因此對近年來電動機匹配的抽油機井進行了部分統計，并根據理論分析，給出了電動機啟動時所需功率裕量，見表1。

表1 電動機啟動裕量數值

4 裕量分析計算

根據以上分析可知，在不同情況下需要增加的裕量為：電動機實際運行功率與增加幅度的乘積，即為所需要增加的功率裕量。以抽油機井8-2501為例。該井正常運行時實際需求功率為11.08kW。

1）負荷變化裕量。

2）參數調整裕量。該抽油機井機型為：CYJ10-3-53HB，泵徑為83的，泵掛為956.7m，動液面為874.9m，利用其示功圖數據進行計算，原來沖速為8min-1，若該井沖速還可以再提高1次，經計算得：電動機功率為3.19kW，則在電動機匹配時需增加的裕量約為3.19kW。實際上該抽油機井動液面已經很深不能再增加沖速了，也就是不需再為沖速留有功率裕量。

3）啟動功率裕量為8kW。該抽油機井匹配時的功率裕量為：

裝機功率為：P=11.08+10.66=21.74kW，按計算結果我們現場匹配了22kW，見表2。

表2 安裝前后效果比較

根據以上分析研究結果，現場進行了抽油機井電動機合理匹配355口井，實施后平均單井裝機功率下降了24kW，有功功率降低了1.21kW，實現單井日節電29.04kWh，取得了較好的實施效果。

5 結論及認識

1）抽油機電動機功率的選擇必須根據生產需要進行合理匹配，這樣才可更好地改變目前裝機功率偏大，能耗成本高的現狀。

2）抽油機電動機功率的選擇在滿足正常生產需要的同時，還應考慮以后上產的需要，應留有一定的功率裕量。

3）利用扭矩、負荷的變化可較為準確地計算裝機功率。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.07.019

2012-05-18）

陳溪，1997年畢業于大慶石油學院，從事機采井及電氣設備管理工作，E-mail：chenxi16@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田第六采油廠第二油礦機關，163000。