清潔智能節(jié)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(chǎn)中的主要耗能設備。據(jù)統(tǒng)計，在油田生產(chǎn)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(jié)能的最佳選擇。從油田陸上作業(yè)區(qū)為節(jié)能而使用的變頻器狀態(tài)看，其使用可以靈活地降低抽油機沖速，達到低產(chǎn)油井部分節(jié)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(fā)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(fā)）；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(wǎng)側電流波形嚴重畸變，造成電網(wǎng)的諧波污染，且功率因數(shù)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(wǎng)）；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(huán)境至關重要，故障率高、檢修不及時都會影響生產(chǎn)。

針對以上問題，研制了一種新型清潔智能節(jié)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(jié)能裝置后的節(jié)能效果。

1 清潔智能節(jié)能裝置工作原理

清潔智能節(jié)能裝置根據(jù)自身攜帶的功率因數(shù)表測得電動機功率因數(shù)，動態(tài)優(yōu)化地提高電動機的功率因數(shù)，使電動機始終運行在最佳節(jié)能狀態(tài)。

清潔智能節(jié)能裝置的核心部件是交流正弦波調(diào)壓模塊，它是將WPWM調(diào)壓技術和變壓器磁路互補調(diào)壓技術相結合而研制開發(fā)的無級無觸點交流調(diào)壓模塊。交流正弦波調(diào)壓模塊的創(chuàng)新點是線性快速無極調(diào)壓。作為大功率穩(wěn)壓電源與調(diào)壓型節(jié)能設備的控制核心，該項技術完全實現(xiàn)了線性快速無極調(diào)壓，整個調(diào)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(diào)壓模塊結構見圖1。

圖1 正弦波交交調(diào)壓模塊結構示意圖

利用正弦波交交調(diào)壓模塊，就可以在檢測電動機功率因數(shù)的基礎上，使輸出電壓動態(tài)地跟蹤功率因數(shù)的提升進行調(diào)壓。調(diào)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(jié)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(jié)約尤其明顯。

2 節(jié)能裝置在抽油機上的試應用情況

為驗證清潔智能節(jié)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(jié)能裝置后的節(jié)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(shù)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(jù)以下標準：SY/T6275—2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》[1]、SY/T5264—2012《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法》[2]、GB/T12497—2006《三相異步電動機經(jīng)濟運行》[3]；結果評價依據(jù)標準為SY/T6422—2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》[4]。

保證各項井下數(shù)據(jù)包括示功圖、產(chǎn)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(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》對機械采油系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品對比測試的前提條件下，對抽油機井上數(shù)據(jù)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(shù)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(xù)運行不停機，且不對抽油機做任何機械調(diào)整，運行工況未發(fā)生改變。

2.3 結果與分析

經(jīng)測試，抽油機平衡度由原始狀態(tài)的110%變?yōu)榘惭b清潔智能節(jié)能裝置后的101%，沖速由3.3min-1變?yōu)?.29min-1，均滿足SY/T6422—2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》對機械采油系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)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(jié)能裝置后，該抽油機井功率因數(shù)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(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》計算該節(jié)能裝置的有功節(jié)電率、無功節(jié)電率和綜合節(jié)電率，計算結果分別為25.59%、68.31%和33.08%。假設油井24h連續(xù)運轉，年工作300天，則該油井年實際節(jié)電11088kWh；按照普通工業(yè)用電電價0.797元/kWh計算，則清潔智能節(jié)能裝置在試應用油井上年節(jié)省電費8837元。安裝抽油機清潔智能節(jié)能裝置的抽油機前后的現(xiàn)場比對測試結果見表2。

表2 某安裝清潔智能節(jié)能裝置的抽油機節(jié)能效果

3 結論

清潔智能節(jié)能裝置利用正弦波交交調(diào)壓技術，在保證生產(chǎn)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(shù)及電能利用率，達到了節(jié)能的目的。該裝置在試應用油井上的綜合節(jié)電率為33.08%，年節(jié)電量為11088kWh，年節(jié)省電費8837元。建議擴大安裝應用該裝置，進一步確定其節(jié)能效果及節(jié)能潛力。

[1]梁士軍,孫德剛,吳照云,等.SY/T6275—2007油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范[S].北京:石油工業(yè)出版社,2007.

[2]吳照云,李衛(wèi)東,梁士軍,等.SY/T5264—2012油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法[S].北京:石油工業(yè)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(jīng)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(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定[S].北京:石油工業(yè)出版社,2008.