淺析機采系統節能產品效果評價常見問題及對策

王海軍，雷 鈞，周學軍，周 杰，于 博，王軍民

中國石油長慶油田分公司技術監測中心 （陜西 西安 710018）

機采系統是油田最重要的生產系統，也是最主要的耗能系統，年能耗量約占油田總能耗的60%以上。為了不斷提高機采系統效率、降低能耗，每年要投入大量的節能產品進行節能改造。因此，為保證節能產品的有效投入，客觀公正地評價各類節能產品的節能效果就顯得尤為關鍵。

1 機采系統節能產品簡介

機采系統節能產品根據應用對象不同主要分為節能抽油機、節能電機、節能控制裝置等[1]。

1.1 節能抽油機

1）數字化抽油機。數字化抽油機是集成了油井數據采集模塊，將油井數據采集處理后，遠傳到上位機，并接收上位機指令，對抽油機進行控制，以實現抽油機電參、功圖數據等相關參數的自動采集和遠程控制操作，能自動判定并調整沖次和平衡。

2）立式抽油機。立式抽油機采用塔架立式結構，舍棄四連桿機構，縮短動力傳動路線，實現長沖程、大負載，采用平衡塊砝碼式配重，實現精確平衡，提高系統效率。

1.2 節能電機

1）多功率節能電機。抽油機啟動時控制器自動將電機接入大功率，啟動后負載變輕、電流下降，控制器將電機接入小功率運行。反之當抽油機負載變重、電機電流上升，控制器則將電機接入到大功率運行，有效地提高了電機負載率。

2）稀土永磁電機。采用稀土永久磁鐵代替勵磁繞組激磁，沒有轉差損耗，定子電流減小，功率因數高。電機的負載變化和電網電壓波動時，不存在速動波動，沒有機械轉換過程中的損耗，提高了低負載區的電機運行效率。適用于電機功率因數低的抽油機。

3）開關磁阻電機。利用磁阻最小原理，拉動轉子旋轉運動是由定、轉子間氣隙磁阻的變化產生的結果，類似于磁鐵吸引鐵質物質。具有啟動扭矩大、電流小，適合于帶載啟動工況。高效區間寬，負載率為20%～100%時，電機運行效率均能保持在80%以上。電機本身效率高，空載損耗小，運行功率因數高。

1.3 節能控制裝置

1）井組無功補償裝置。通過在變壓器低壓側安裝井組無功功率補償裝置，可有效提高變壓器運行效率，提高功率因素，改變電機運行的低電壓、大電流高損耗狀態。可解決抽油機運行過程中負荷變化導致變壓器功率因數很低，變壓器、線路損耗過大的問題。

2）油井智能間開裝置。智能間開裝置通過檢測電機運行功率間接判斷油井供液能力，實現油井智能啟停控制，保證抽油設備工作在最佳狀態。在不影響油井日產液的情況下，減少了現場操作的工作量，降低了三抽設備的機械磨損，實現節能降耗。

3）井組集中控制節能裝置。該裝置是以油井生產參數為基礎，集成應用了共直流母線、無級變頻調參、軟啟動、動態功率因數補償、動態調功，實現對油井生產參數的優化調整，達到集中控制、綜合節能的目的。

2 機采系統節能產品效果評價方法

2.1 機采系統節能產品效果評價原則

機采系統節能產品是指符合有關的質量、安全和環境標準要求，在機采系統應用時與同類產品或完成相同功能的產品相比，能效或節能率指標達到相關規定，增加的投資具有合理回收期的產品[2]。

效果評價要符合3個方面的內容：一是對產品質量、安全和環境保護性能有較大影響的指標應符合相關標準要求；二是在使用中，與同類產品或完成相同功能的產品相比，能效指標（技術指標）達到相關能效標準的規定（節能評價值）；三是具有合理的用戶增加投資回收期（經濟指標）。

2.2 機采系統節能產品效果評價方法

目前機采系統節能產品的效果評價通常用節能量和節能率指標表征節能產品節能效果。根據SY/T 6422—2016《石油企業用節能產品節能效果測定》的要求，按工況的不同分為未改變工況下的測試計算和改變工況下的測試，并用節能率評價節能效果。工況區分見表1。

表1 機采系統節能產品節能效果測定工況區分表

2.2.1 未改變工況節能效果計算

未改變工況下機采系統節能產品節能率計算方法如下：

式中：ξjy為有功功率節能率，%；Wj1為應用節能產品前噸液提升百米揚程有功功率耗電量，kW·h/（102m·t）；Wj2為應用節能產品后噸液提升百米揚程有功功率耗電量，kW·h/（102m·t）。

2.2.2 改變工況節能效果計算

對于改變運行工況的機采系統節能產品，以相同生產周期的產液單耗計算節能效果，其節能率計算方法如下：

式中：ξjg為節能率，%；Bjg1為應用節能產品前機械采油系統的產液單耗，kW·h/t；Bjg2為應用節能產品后機械采油系統的產液單耗，kW·h/t。

3 效果評價常見問題

3.1 缺少關鍵性能評價

節能產品效果評價存在不平衡現象，主要表現在重節能量評測，輕質量、功能、安全和環境方面的產品關鍵性能的測試評價，節能產品的評價缺乏適用性。

3.2 效果評價指標不健全

SY/T 6422—2016標準中給出的節能率計算方法盡管能夠直觀表述機采系統節能產品的節能效果，但無法準確計量節能產品帶來的節能量數值，缺少詳細的機采系統節能產品節能量計算公式，即效果評價要求中關于經濟指標的要求測算，無法滿足節能技改項目關于節能產品節能量的測算考核要求。

3.3 能耗基準值引用錯誤

1）用耗電量代替了用電單耗，混淆了節能產品關于同等能力的表述，沒有考慮油井產液量、動液面等重要生產參數，導致節能效果偏離實際值。

2）混淆了改變工況及未改變工況情況下效果評價能耗值的引用。改變工況下的產液單耗和未改變工況下百米有功耗電量單耗應用混亂。

3.4 無標準測試裝置

目前，機采系統節能產品效果評價在生產現場完成，易受機采系統復雜的現場環境和多變的工況影響，測試參數波動較大，工況復現性差，效果評價存在一定的局限性。

4 解決對策

4.1 缺少關鍵性能評價的對策

節能產品的前提是其在同等功能的產品中具有安全可靠、清潔環保、質量優良的特性，符合國家相關的產品質量標準，功能等同或優于現有產品。因此，實施機采系統節能產品的效果評價首先要對應用的節能產品進行安全、環保的定性或定量評價，核對該產品是否在國家明令淘汰的產品目錄系列，測試產品的功能是否滿足使用要求，進而開展節能產品節能效果的測定與評價。

4.2 效果評價指標不健全的對策

節能率和節能量是節能效果的不同表達方式，節能率是節能效果的占比表述，側重于應用節能產品后的能源消耗降低率；節能量是節能效果的總量表達，側重于應用節能產品后的能源消耗降低量。二者具有相互關聯性。

科學合理地進行機采系統節能產品效果評價應完善機采系統節能產品效果評價指標，特別是完善機采系統節能產品節能量計算方法。

節能量是在滿足同等需要或達到相同目的的條件下，能源消費減少的數量[3]。結合機采系統節能率的標準公式和機采系統運行特點，機采系統節能產品節能量計算方法有兩種。

4.2.1 未改變工況的節能量計算方法

式中：Wb為應用節能產品后噸液提升百米揚程有功功率耗電量，kW·h/（102m·t）；Wj為應用節能產品前噸液提升百米揚程有功功率耗電量，kW·h/（102m·t）；Qb為應用節能產品后產液量，t/d；Hb為應用節能產品后揚程，m；t為節能產品運行時間，d。其中：

式中：P為應用節能產品前（后）平均有功功率，kW·h；t1為日運行時間，h。

4.2.2 改變工況的節能量計算方法

式中：Wb為應用節能產品后產液單耗，kW·h/t；Wj為應用節能產品前產液單耗，kW·h/t；Qb為應用節能產品后產液量，t/d；t為節能產品運行時間，d。

P為應用節能產品前（后）平均有功功率，kW·h；t1為日運行時間，h。

如在監測一機械采油井安166-30井時，該井將安裝的Y225M-8型更換為TYJX-225-8型永磁同步電機，需計算更換節能電機后的日節能量和年節能量，監測數據見表2。

表2 安166-30井安裝節能產品前后監測數據表

根據監測數據表，該井沖程未發生變化，沖次的變化量為0.07 min-1,產液量變化率為0.96%，動液面變化率為0.28%，平衡度變化率為3.86%。因此，按照機采系統節能產品節能效果測定工況區分要求，該井的節能量按照未改變工況方法計算。

即該井更換永磁同步電機后日節能量為43.35kW·h；若年運行時間為360天，則年節能量為1.56×104kW·h。

4.3 能耗基準值引用錯誤的對策

1）認真區分總量與單耗的關系，明確節能量計算必須要使用單耗作為基準的思路。節能量計算是單耗的變化量與節能產品應用后生產能力的合成，而非耗電量的簡單加減，需堅決摒除耗電量代替“產液單耗”或“噸液提升百米揚程有功功率耗電量”的觀念，以免造成節能量偏離。

2）對應用節能產品前后測試的參數進行比對，根據SY/T 6422—2016規定界定工況是否改變，進而選擇“產液單耗”或“噸液提升百米揚程有功功率耗電量”作為適合的能耗計算基準。

4.4 無標準測試裝置的對策

盡快建立抽油機質量與能效檢測標準裝置[4]，完善各類油藏下的不同抽油機、電機及匹配的示功圖、動液面、產液量等生產參數的大數據錄入維護，滿足不同機采系統節能產品在標準裝置進行靜態性能測試和動態匹配性比較測試，進一步完善機采系統節能產品效果評價手段[5]。

5 結論

1）機采系統節能產品類型多、原理復雜、節能特點各異，應根據其實際應用特點綜合考慮安全、環保、質量因素，確定合理的節能效果評價方法。

2）補充完善未改變工況及改變工況下的節能量計算公式，可準確計算各類機采系統節能產品的節能量。

3）根據未改變工況及改變工況的機采系統，正確選用“產液單耗”和“噸液提升百米揚程有功功率耗電量”作為節能量計算的基準單耗，確保節能量計算的嚴謹。

4）建立并使用抽油機質量與能效檢測標準裝置，可有效彌補不同機采系統節能產品的靜態性能測試和動態匹配性比較測試，健全機采系統節能產品的全效果評價。