淺談四象限調速高效直流電機的節能效果

劉新村

摘要：隨著油田多年高強度開發，整裝高效油田已基本開發完畢，產能建設逐步向低滲、低效的難動用儲量延伸，與此同時老油田由于長期持續開發區塊產能逐步遞減，導致低產低液井不斷增加，地面拖動裝置的“最大匹配度”配置與油井動態、低沖次的矛盾日趨凸顯。

關鍵詞：四象限調速;直流電機;低滲。

一、產品開發可行性

我們對油田開發現狀及再用拖動系統基本狀況進行了充分調研，當前油田開發與拖動系統存在如下突出矛盾：

1.老油田隨著多年的高強度開發地層能量不斷降低，油井產液也趨于減少，這就導致油田低液井所占比重不斷加大;

2.目前正常運行的低液井井下普遍使用Φ44有桿泵，按照公式（排量Qt=1440×D2×S×n×π/4）可以得到12型游粱機沖次為1次的情況下，Φ44有桿泵油管泵的理論排量為9.19方/日。低液井配備的電機通常不具備調速功能，降低沖次只能通過更換皮帶輪，沖次很難降至1次以下，拖動系統與油井沖次需求匹配性差，造成油井運行能耗高，噸液單耗達到采油廠平均水平的5.4倍。

3.雖然目前有能夠無極調速的抽油機拖動系統，但由于低液井普遍井深較大，運行提升負荷大需要的扭矩大，而目前的具備調速功能的抽油機拖動系統存在以下問題：

1）普通電機配變頻柜的拖動系統

2）1000轉開關磁阻電機

4.部分油井因供液能力與投產之初發生了很大的變化造成油井產液明顯降低或對油井產能判斷偏差，油井產液低井筒與抽油機運行矛盾突出，油井運行不平衡的問題普遍存，部分油井平衡塊已加至四塊并調到頭仍不平衡，導致油井燒皮帶頻繁，井筒管柱問題頻發，大幅增加了職工的勞動強度和日常運維成本。

5.對于低液低效益井實施間開是目前主要的提效保效措施，但由于油井產液低對于管線長、油品物性差和周邊綜治環境差的油井，實施間開會導致頻繁處理管線和存在油井設施被盜的風險，而不間開油井正常運行又沒有效益甚至是負效益，開發矛盾突出。

針對目前油田開發的主要矛盾，研發一種能夠廣泛適用油井各類沖次運行條件，有效壓減油井運行過程中的電能流失環節，整合優化叢式井臺各單體拖動裝置，全面解決以上諸多矛盾勢在必行。

二、產品介紹

（一）動力部分介紹

為適應油田普遍存在的低液、低效井高效運行的需求，研發了低轉速、大扭矩抽油機拖動系統。

1.新型四象限調速高效電機

在充分對比各類電機性能和功能的基礎上，確定了以目前具有良好調速、節能和適應性的開關磁阻電機為基礎，進行適應性改造和提升。改造后的四象限調速高效直流電機具備了如下特性：

（1）效率高，節能效果好。與直流調速、串級調速、電磁調速等系統相比，SRD節電效果更明顯。

（2）起動和運行轉矩大，能夠有效適應各種沖次條件下的持續穩定運行需求;

3）可頻繁正、反轉，頻繁起動、停止，電動車等應用場合;

（4）起動電流小，避免了對蓄電池的沖擊，在整個工作范圍內，其起動電流小于額定電流;

（5）電機結構簡單、堅固、制造工藝簡單，成本低。工作可靠，能適用于各種惡劣、高溫甚至強振動環境，不存在直流永磁電機的退磁現象;

（6）性能穩定故障率低，對油田生產適應性強。

（二）系統部分介紹

1.低速高效控制系統

為有效實現油井低沖次高效平穩運行的需求，我們研發了全新的電機配套高效智能控制系統。該系統具有以下特性：

（1）無極寬域、高效平穩調速。系統根據油田油井沖次需求能夠實現對電機1-1000RPM的無極平穩調速，能夠無縫隙滿足各類油井的生產沖次需求。

（2）余電回收，有效提升系統電能綜合利用效能。自主研發了余電智能識別、整流、存儲和利用控制模塊并配備了高性能電容，確保電機在運行過程中，處于不平衡狀態時產生的自發電能夠全部被收集并利用掉。

（3）自平衡系統，有效優化油井運行狀態。系統通過與電機的智能配合，通過電機反向發電將油井不平衡的動勢能高效轉化成電能并儲存利用掉，建立了有效的能量轉換閉環，對抽油機形成有效的動態自平衡牽制力，降低了設備故障率和成本投入。

（4）叢式井臺智能群控系統

在對目前油田廣泛存在的叢式井臺供電、拖動系統及再用直流母線技術產品現狀進行廣泛調研和分析的基礎上，研發了叢式井臺智能群控系統。

（三）效益評估

本系統在油田的應用將在以下幾個方面產生效益：

1.減少油井拖動裝置電量，降低電費成本投入。

2.通過井群內電機自發電的存儲和再利用，能夠有效減少單井電量投入10%以上，這樣每1000KVA電量，年減少電量100KVA;

3.對于低液井，通過對油井工況的自動優化、實施，確保每口單井的最優化運行，可實現單井節電率35%，按照每口單井日耗電180KVA/D，單井年節電22680KVA;

4.本系統能夠實現對油井的無級便捷調速功能，單個員工5分鐘內就能完成單井調參操作，而四化完善的油井監控室內就能夠實現遠距離油井調參，對比傳統的換皮帶輪操作，極大的節約了人力、物力，與當前分公司改革增效的總體要求能夠很好的匹配起來。

5.本系統能夠實現對抽油機的自平衡功能，在有效減少一線員工調整平衡工作量的同時，能夠進一步優化抽油機和油井井筒設備、設施始終保持在平穩、均衡的運行狀態，確保了油井設備、設施的長效運行。

6.本系統通過實現油井的低沖次運行，能夠有效降低油井各環節設備設施的運行磨耗，提升運行時長。如通過本系統將產液在5噸以內的油井沖次由1.5次（目前拖動設備能夠調整的最低限）調整至1次，將增加延長油井1/3的作業周期，同時也大幅減少抽油機等設備的磨耗。間接經濟效益十分可觀。

7.本系統具有良好的自平衡功能，能夠有效的改善油井的運行狀況，從而有效延長抽油機、皮帶等設備、設施的運行壽命，降低維護成本和人工投入。同時，能夠有效減少因設備運行狀態不穩定造成的油井井筒設施故障;

8.本系統通過電能的最優化分配，能夠對同臺井變壓器裝配容量壓減40%以上，從而大幅降低同臺井配電設施投入費用，同時也能夠降低農網油井的利調電費。

通過以上評測，該系統能夠很好的滿足當前油田油井實際生產需求，技術先進、運行效能高、投入成本較低，系統的廣泛應用勢必將為油田改革創新提供助力。