抽油機井電機對調提高節能效率設計方法

何賢

摘要：現階段對抽油機井適配電機功率的選擇，一般以抽油機在啟動時需要克服的機械阻力位選擇標準。但受抽油機機械結構以及采油原理決定，抽油機正常運轉功率要遠遠小于啟動功率，因此會造成電機安裝功率較高，工作效率與能耗不成比例等不良現象。筆者對所在單位抽油機井的生產數據進行測試考量，根據考量結果，部分三相異步電機與抽油機主體存在功率不匹配的問題，電機功率利用率較低。課題研究由此出發，在研究大量文獻資料后結合企業生產現狀，制定了電機對調計劃，從而確保電機功率匹配的最優化。

關鍵詞：電機效率;功率利用;載荷

現階段筆者所在大慶油田，多數有桿采油設備均使用三相異步電機作為機械動力源。根據油田2018年的末的基采能耗調查數據資料顯示，電機功率不匹配、電機功率利用率較低的現象極為普遍。受石油資源的開采特性決定，在資源的開采后期采油成本不斷提高，企業利潤范圍被一再壓榨，因此企業必須提高自身成本控制和管理工作，才能確保企業未來的可持續發展能力，為此我油田制定了一系列的節能環保生產計劃和管理措施，電能的節約與控制是其中重要的內容和目標。筆者對自身生產區域內抽油機設備以及電機使用情況進行了調查，結合實際匹配情況與節能控制目標，制定了詳細的電機對調計劃，符合降本增效的企業戰略。

一、電機功率計算方法

根據前文所述，現階段我廠抽油機設備均采用三相異步電動機電機，游梁抽油機在停機在啟動時需要克服較大的啟動阻力，電機功率過低會造成抽油機設備的啟動失敗。因此現場主要考慮大功率電機。首先，在現場完成對抽油機各個運轉參數的測量，重點確定目標抽喲及最大以及最小的點載荷數據，以便依據該數據計算電機輸出的最大扭矩和啟動扭矩，從而確定最優的匹配功率。

在實際測量計算中，一般認為動力端最大輸出扭矩作用時間與抽油機啟動載荷最大時間相同。對電機的最大輸出扭矩計算，可以通過測量抽油機設備曲柄運行過程中出現的最大扭矩。計算電機所需功率。

二、單井合理功率設計

根據課題研究需求，筆者對生產管理范圍內的代號為X11的5型游梁抽油機，進行了詳細的運行參數測試。經過測試計算，該設備在運行中最大載荷為39.16kn，最小載荷為2359kn，每個沖程曲柄位移2.5m;沖次為4/min。根據扭矩計算公式可得，在目標抽油運轉中，曲柄扭矩為12362.85N.m。該設備使用的電機為8型750r轉速轉速電機。電機正常運轉扭矩為66N.m。基于測試曲線的各項數據，該抽油機與電機組合下，設備運轉的啟動電流為204.6A，啟動后正常機械循環電流為3.6A.啟動電流約為正常運轉電流的6倍。根據Nr= [1800+0.202（P max -P min）]S公式，可以得出電機的理論適配額度為6.4千瓦。但在實際設備運行過程中，設備運轉容易受到外部環境以及井下因素影響，其中產量波動對設備運轉載荷影響影響較大。以新投產油丼最為明顯。因此為了確保設備正常生產，電機應選擇功率大于額定功率30%的電機。但我廠現存電機最小功率為15kw。因此選詞該電機作為x11的匹配電機。

三、現場應用

基于目標抽油機的電機效率曲線數據分析，可以得出該抽油機電機利用率利用率較低，24小時周期內利用效率為20%，電機使用效率為80%;當功率利用率為40%。經過對電機功率的參照對比測試，電機功率利用率與電機效率處于正相關的波動關系。電機效率伴隨電機功率利用率持續上漲，在數值接近額定功率時，電機效率停止增長，因此可以認為，裝配電機的功率利用率無限接近額定功率的電機，為該機械設備的最佳功率。

為了進一步研究電機額定功率與抽油機機械設備的匹配關系，在現場進行了下一步的詳細對調測試。首先計算抽油機設備的啟動扭矩需求，在電機滿足抽油機啟動扭矩的前提下，制定對調計劃。對掉范圍為電機利用率低于10%和高于50%部分抽油機設備進行對調。

X12井，目前使用功率為45kw、750r/min的電機。經現場測試以及電機功率曲線圖，該抽油機設備實際有效功率為4.115，無效功率為10.47kvar。功率利用率約為10%左右。設備運轉中最大扭矩為27.82kn，最小扭矩為15.56kn。曲柄最大位移2.1.m，沖次為6次/min.基于前文所述電機功率計算方法可以得出結論，該抽油機抽油機設備的理論適配功率為10.5kw，根據的該井的產液情況，以及機械設備運轉狀態，該設備功率浮動約為35%。現使用功率為15kw的電機無法全面滿足設備運轉需求。因此選擇19kw電機進行實驗對調。對調后經觀察測試，電機功率利用率、電機效率顯著提高，其中電機功率利用率達到了21.5%。隨后對該設備進行電量測試，匹配19kw電機后，該抽油機設備耗電量為138.38wh.對比15kw電機的166.32wh。電能節約為16.8%。

X13井，現使用功率為19kw，750r/min轉速的電機。經過現場電機功率測試x13有效功率為8.96kvar，無效功率為19.39kvar。功率利用率約為47.2%。隨后對x13運轉過程中的載荷、沖程、沖次情況進行測試，計算得出設備運轉時，曲柄扭矩為20713.62n.m。結合油井實際產業情況以及設備狀態，該設備對電機功率的理論需求為34kw。現有電機功率過小，導致該設備能耗大并存在啟動困難的為題。在對調37k電機后，情況得到了有效的改善。功率利用率降低為 24.22%，電機效率可由 90%將至 82%。實際安裝前電量 136.32kWh，安裝后電量 144.41kWh，實際節電率為-5.93%。電機對調后，調小電機節電率為 16.8%，調大電機節電率為-5.93%，綜合節電率為5.44%。

針對生產區域內電機功率不匹配的抽油機設備，詳細測量了所有抽油機設備的電機需求參數，并集合現有電進行了電機對調工作。累計對掉次數29次，生產區域內抽油機設備的電機功率匹配情況金本符合運轉標準，在對調工作后，抽油機設備平均節電量為4.8%，總節電量為16.4%。實現了節能增產的初衷。

總結

隨著石油資源開采的逐漸深入，開采成本和開采難度逐漸升高，石油企業進入了微利時代，為了確保企業經濟效益的獲得能力，提高企業的可持續發展潛力，需要全面降低生產成本，筆者所在油田基采設備多數為以電機作為機械動力源的帶桿抽油設備，電能消耗是生產成本的重要組成部分。電機與抽油機設備不匹配會造成設備耗電量的上升，課題以節能增產為研究目的，對生產區域內的抽油機設備進行了對調研究，根據電機的啟動扭矩和生產波動變化，確定合理的電機功率區間，達到降本增效的目的。

參考文獻：

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