油田機(jī)采井綜合節(jié)能調(diào)壓技術(shù)試驗與評價

楚世雨（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

喇嘛甸油田上在用抽油機(jī)井受油井載荷變化影響，在選配電動機(jī)時，經(jīng)常不能滿載運(yùn)行，使抽油機(jī)處于低負(fù)載率、低功率因數(shù)等，造成極大的電力浪費(fèi)。同時，隨著油田的不斷開發(fā)，電泵井產(chǎn)液量有較大的階段性變化，導(dǎo)致多數(shù)井揚(yáng)程偏大，與實(shí)際需要不相匹配；功率匹配不合理，存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，能耗偏高。因此，從節(jié)能降耗角度出發(fā)，以負(fù)載變化為基礎(chǔ)，合理調(diào)控電動機(jī)設(shè)備電壓，對油田深入開展節(jié)能減排具有極其重要的意義。

1 抽油機(jī)井綜合調(diào)壓技術(shù)

目前在用的抽油機(jī)井電動機(jī)調(diào)壓技術(shù)可以實(shí)時檢測電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，依據(jù)電動機(jī)的負(fù)載率高低來調(diào)整電動機(jī)的定子工作電壓，從而可有效減少電動機(jī)定子鐵損與銅損，從而降低電動機(jī)的功率損耗[1]。

1.1 輸出端星角轉(zhuǎn)換調(diào)壓方法

抽油機(jī)井電動機(jī)輸出端接線可分為星接和角接兩種，其中角接電壓380 V，星接電壓220 V。通過應(yīng)用內(nèi)置單片機(jī)自動控制的星角調(diào)壓技術(shù)，抽油機(jī)可由全壓啟動自動切換至星接的節(jié)能降壓啟動，同時為達(dá)到最佳控制和節(jié)電的目的，該方法可以在調(diào)壓的同時通過電力電容器的無觸點(diǎn)投切進(jìn)行補(bǔ)充，降低有功功率，提高功率因數(shù)，且不會對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波。該技術(shù)的優(yōu)勢在于性能可靠，操作簡便，易于維護(hù)。不足在于該方法屬于有級調(diào)壓，更適合輕載電動機(jī)的調(diào)整，當(dāng)油井負(fù)載較重時，接觸器觸點(diǎn)容易損壞[2-3]。

應(yīng)用Y-Δ轉(zhuǎn)換控制技術(shù)，平均有功節(jié)電率達(dá)到8.8%，平均無功節(jié)電率達(dá)到76.7%，綜合節(jié)電率達(dá)到21.1%，單井年節(jié)電1.78×104kWh。現(xiàn)場試驗表明，星角轉(zhuǎn)換調(diào)壓方法在電動機(jī)負(fù)載率較低時效果更好，當(dāng)電動機(jī)負(fù)載率大于20%，有功節(jié)電率呈下降趨勢（圖1），調(diào)壓現(xiàn)場效果見表1。

圖1 星角轉(zhuǎn)換控制器節(jié)電效果-負(fù)載率關(guān)系

1.2 可控硅調(diào)壓方法

與角形連接改為星形連接的降壓方法相比，可控硅調(diào)壓更適應(yīng)對抽油機(jī)井負(fù)載變化的在線檢測跟蹤。負(fù)載轉(zhuǎn)矩大時，通過調(diào)整可控硅導(dǎo)通角，可以輸出較高電壓；負(fù)載扭矩較小時，通過調(diào)控可控硅，輸出較低電壓，且可無級調(diào)節(jié)電動機(jī)端的輸出電壓，確保輸出電壓能實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)調(diào)整、滿足抽油機(jī)井交變載荷運(yùn)行工況，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

以10-1702、10-1666 井為例，措施后有功節(jié)電率達(dá)到22.87%，無功節(jié)電率達(dá)到81%，綜合節(jié)電率達(dá)到37.86%，效果顯著抽油機(jī)井可控硅調(diào)壓測試效果對比見表2。該技術(shù)的不足在于可控硅調(diào)壓過程中，由于電壓和電流波形產(chǎn)生畸變，易產(chǎn)生諧波，因此必須對調(diào)壓范圍進(jìn)行控制住，以此保證諧波低于限值。

表1 抽油機(jī)井調(diào)壓現(xiàn)場效果

表2 抽油機(jī)井可控硅調(diào)壓測試效果對比

2 電泵井綜合調(diào)壓節(jié)能技術(shù)

合理調(diào)整電泵井電動機(jī)的工作電壓，能夠保證電動機(jī)在合理的功率范圍內(nèi)工作，從而達(dá)到降低電泵井能耗的目的。

2.1 手動調(diào)壓方法

電泵井電動機(jī)的功率因數(shù)能夠反映工作電壓的合理性，為進(jìn)一步確定電泵井合理功率因數(shù)范圍，開展電泵井在線的連續(xù)調(diào)壓試驗。室內(nèi)實(shí)驗表明，當(dāng)電泵井電動機(jī)的功率因數(shù)在0.82～0.85，電動機(jī)的有功功率最低，而電壓在800～900 V 時，此時電流存在拐點(diǎn)，處于較低水平，說明電壓設(shè)計不宜一直降低[4]。電壓過高或過低，都將導(dǎo)致電動機(jī)功率損增大，確定電泵井經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電壓可將功率損失降到最低[5]（圖2）。

圖2 電泵井電參隨電壓變化關(guān)系曲線

現(xiàn)場根據(jù)確定的電泵井合理功率因數(shù)范圍，對90 口電泵井進(jìn)行了現(xiàn)場測試，其中功率因數(shù)處于0.80～0.86 的共有51 口井，功率因數(shù)大于0.86 的有9 口井，功率因數(shù)小于0.80 的有30 口井。選取功率因數(shù)小于0.80 的5 口井進(jìn)行手動電壓調(diào)整，調(diào)前功率因數(shù)在0.65～0.78，調(diào)后功率因數(shù)在0.81～0.84，調(diào)后平均有功功率降低3.07 kW，無功功率降低15.19 kVar，年節(jié)電16.5×104kWh 技術(shù)應(yīng)用效果見表3。

2.2 自動調(diào)壓軟啟停技術(shù)

應(yīng)用電泵井自動調(diào)壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)電泵井生產(chǎn)運(yùn)行過程中軟啟停。電泵井啟動時電流沖擊大，經(jīng)常會對控制設(shè)備及井下電泵機(jī)組設(shè)備造成沖擊損傷[6]。軟啟停技術(shù)通過單片機(jī)，以可控硅導(dǎo)通角方式對輸出電壓實(shí)現(xiàn)智能控制，在電泵井啟動前設(shè)定啟動時間，啟停過程中，保證電動機(jī)工作電壓從0 開始，逐步無級攀升至機(jī)組額定電壓值，從而可減少啟動瞬間高電流對電泵機(jī)組以及井下電纜的沖擊傷害，同時也進(jìn)一步降低了啟動過程中的瞬時高能耗。

表3 電泵井手動調(diào)壓技術(shù)應(yīng)用效果

現(xiàn)場試驗28 口井，升壓降壓緩慢，避免了明顯的沖擊電流，尤其是有效保護(hù)了低絕緣的電泵機(jī)組。以1#井為例（圖3），正常工作電流48 A，正常全壓啟動時高峰電流276 A，降壓軟啟后高峰電流108 A，是全壓啟動時的39.1%。

圖3 全壓啟動與軟啟降壓啟動電流測試曲線

3 結(jié)論與認(rèn)識

1）對于輕載運(yùn)行的抽油機(jī)井電動機(jī)，通過運(yùn)用Y-Δ 轉(zhuǎn)換以及可控硅調(diào)壓技術(shù)能有效解決機(jī)電能浪費(fèi)比較嚴(yán)重的問題，節(jié)能效果明顯。

2）抽油機(jī)井調(diào)壓控制需考慮負(fù)載率范圍變化以及諧波的產(chǎn)生，注重發(fā)展電動機(jī)負(fù)載變化的自動檢測與跟蹤饋電，通過自動調(diào)節(jié)電壓，有助于提高電動機(jī)的效率，提升節(jié)電效果。

3）合理調(diào)整電泵井電動機(jī)的工作電壓，能夠保證電動機(jī)在合理的功率范圍內(nèi)工作，從而達(dá)到降低電泵井能耗的目的。