清潔智能節能裝置在游梁式抽油機上的試應用分析

武旭侯磊劉國豪張鑫陳志慶趙乾坤董林虎

游梁式抽油機是石油生產中的主要耗能設備。據統計，在油田生產成本中約有三分之一為電能消耗，而游梁式抽油機消耗的電能約占總電能消耗的80%。

目前普遍認為變頻器是抽油機節能的最佳選擇。從油田陸上作業區為節能而使用的變頻器狀態看，其使用可以靈活地降低抽油機沖速，達到低產油井部分節能的目的。但是變頻器的使用也帶來弊端：變頻器通過降低電動機定子頻率的方法降低電動機轉速（由于頻率降低到一定程度，會增加普通電動機發熱量，一方面增加能耗，另一方面使得電動機處在不利的溫升工作條件下，高溫運行會造成高轉差電動機壽命降低，故障多發）；變頻器“交-直-交”工作模式采用不可控的二極管整流電路完成交流轉直流，帶來了兩方面的問題（網側電流波形嚴重畸變，造成電網的諧波污染，且功率因數偏低；由于二極管的單向導電性，電動機制動時的再生能量無法反饋給電網）；由復雜電子器件組成的變頻器的可靠性對于適應油田惡劣的工作環境至關重要，故障率高、檢修不及時都會影響生產。

針對以上問題，研制了一種新型清潔智能節能裝置。以某油田實際運行抽油機井為例，測試抽油機井加裝清潔智能節能裝置后的節能效果。

1 清潔智能節能裝置工作原理

清潔智能節能裝置根據自身攜帶的功率因數表測得電動機功率因數，動態優化地提高電動機的功率因數，使電動機始終運行在最佳節能狀態。

清潔智能節能裝置的核心部件是交流正弦波調壓模塊，它是將WPWM調壓技術和變壓器磁路互補調壓技術相結合而研制開發的無級無觸點交流調壓模塊。交流正弦波調壓模塊的創新點是線性快速無極調壓。作為大功率穩壓電源與調壓型節能設備的控制核心，該項技術完全實現了線性快速無極調壓，整個調壓過程沒有電壓突變，無波形畸變，無諧波增量，是一個純綠色過程。正弦波交交調壓模塊結構見圖1。

圖1 正弦波交交調壓模塊結構示意圖

利用正弦波交交調壓模塊，就可以在檢測電動機功率因數的基礎上，使輸出電壓動態地跟蹤功率因數的提升進行調壓。調壓的目標是使電動機的有功功率適當降低，同時使電動機的無功功率（電流）極大降低，效率顯著提高。有功功率降低是直接的節能過程，而由于無功電流的大幅降低導致從供電端到電動機端的輸電線的線損和變壓器的變損極大地降低。由于油田地域分布廣、輸電線長，線路線損的節約尤其明顯。

2 節能裝置在抽油機上的試應用情況

為驗證清潔智能節能裝置的使用效果，以某油田實際運行油井為例，測試抽油機井加裝清潔智能節能裝置后的節能效果。該抽油機型號為CYJY14-6-89HF，電動機型號為YCHD280-12/6，電動機額定功率為15/33kW。

2.1 測試儀器

測試所用儀器參數見表1。

表1 測試儀器型號及精度

2.2 參考標準與測試方法

測試主要依據以下標準：SY/T6275—2007《油田生產系統節能監測規范》[1]、SY/T5264—2012《油田生產系統能耗測試和計算方法》[2]、GB/T12497—2006《三相異步電動機經濟運行》[3]；結果評價依據標準為SY/T6422—2008《石油企業節能產品節能效果測定》[4]。

保證各項井下數據包括示功圖、產液量、含水率、動液面深度、泵掛深度等在滿足SY/T6422—2008《石油企業節能產品節能效果測定》對機械采油系統節能產品對比測試的前提條件下，對抽油機井上數據進行測定。

在抽油機井前的控制柜上接入3169型電能綜合測試儀，進行電參數對比測試；用標準壓力表測定抽油機井的油壓、套壓；用工作秒表測定抽油機的沖速。測試過程中抽油機連續運行不停機，且不對抽油機做任何機械調整，運行工況未發生改變。

2.3 結果與分析

經測試，抽油機平衡度由原始狀態的110%變為安裝清潔智能節能裝置后的101%，沖速由3.3min-1變為3.29min-1，均滿足SY/T6422—2008《石油企業節能產品節能效果測定》對機械采油系統節能產品對比測試的前提條件要求：對于未改變運行工況的測試，抽油機平衡度變化不應超過±10%，沖速的變化不超過±0.3min-1，沖程應保持不變。

通過測試，安裝清潔智能節能裝置后，該抽油機井功率因數由0.1605提高到0.3760，輸入有功功率由6.02kW降低至4.48kW，輸入無功功率由42.73kvar降低至13.54kvar。按照標準SY/T6422—2008《石油企業節能產品節能效果測定》計算該節能裝置的有功節電率、無功節電率和綜合節電率，計算結果分別為25.59%、68.31%和33.08%。假設油井24h連續運轉，年工作300天，則該油井年實際節電11088kWh；按照普通工業用電電價0.797元/kWh計算，則清潔智能節能裝置在試應用油井上年節省電費8837元。安裝抽油機清潔智能節能裝置的抽油機前后的現場比對測試結果見表2。

表2 某安裝清潔智能節能裝置的抽油機節能效果

3 結論

清潔智能節能裝置利用正弦波交交調壓技術，在保證生產需要的前提下，降低了有功功率及無功功率，提高了功率因數及電能利用率，達到了節能的目的。該裝置在試應用油井上的綜合節電率為33.08%，年節電量為11088kWh，年節省電費8837元。建議擴大安裝應用該裝置，進一步確定其節能效果及節能潛力。

[1]梁士軍,孫德剛,吳照云,等.SY/T6275—2007油田生產系統節能監測規范[S].北京:石油工業出版社,2007.

[2]吳照云,李衛東,梁士軍,等.SY/T5264—2012油田生產系統能耗測試和計算方法[S].北京:石油工業出版社,2012.

[3]辛定國,翟克俊,趙躍進,等.GB/T12497—2006三相異步電動機經濟運行[S].北京:中國標準出版社,2006.

[4]鄭鋼銳,吳照云,梁士軍,等.SY/T6422—2008石油企業節能產品節能效果測定[S].北京:石油工業出版社,2008.