抽油机井电动机功率匹配方法探讨

2012-11-15梁乃成大庆油田有限责任公司第七采油厂

石油石化节能 2012年2期

梁乃成（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

抽油机井电动机功率匹配方法探讨

梁乃成（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

常规游梁式抽油机属于带负荷启动设备，在启动时所需的转矩大，运转过程中所需的转矩小，考虑到抽油机的启动转矩及峰值电流等问题，必须设计大一级的电动机，造成了游梁式抽油机的“大马拉小车”问题，导致电动机的功率利用率低。针对这一问题，开展了抽油机井电动机功率匹配技术研究，摸索出电动机运行规律，确定了电动机功率计算模型。通过现场调整，有效降低了电动机装机功率，提高了电动机功率利用率和运行效率，最终达到了节能降耗的目的。

抽油机井电动机特性功率利用率

目前，油田上使用的抽油机拖动装置主要以Y系列三相异步电动机为主，由于常规游梁式抽油机属于带负荷启动设备，在启动时所需的转矩大，运转过程中所需的转矩小，因此在实际投产时，考虑到抽油机的启动转矩及峰值电流等问题，必须设计大一级的电动机，这样虽然解决了抽油机的启动问题，但电动机正常是在轻载状态下运行，从而降低了电动机的运行效率，增加了功率损耗，造成了抽油机的“大马拉小车”问题。电动机功率利用率是指电动机输出功率与电动机额定功率之比，是反映电动机运行效率的重要指标。根据统计，截至2010年底，葡萄花油田共有803口抽油机井电动机功率利用率低于20%。

1 电动机功率计算方法的确定

对于抽油机井电动机的合理匹配，应在考虑启动及过载能力的前提下，根据产液及载荷的变化，对电动机进行优化调整，提高运行效率，达到节能的目的。

在匹配电动机时必须满足以下两个条件[1]：

式中：

Pd——电动机实际功率需求，kW；

PN——选配电动机的额定功率，kW；

Tmax——电动机的实际输出扭矩，kN·m；

Tdmax——选配电动机的输出扭矩，kN·m。

条件（1）：

对于恒定负载的电动机，装置的输出功率与传动效率之比就是所需电动机的额定功率。而对于抽油机井，其输出功率（或扭矩）是周期变化的，因而驱动抽油机的电动机的电流也是周期变化的。由于电动机内的热损失与电流的平方成正比，在选择电动机时，为了保证不超过允许的温度，必须使均方根电流小于额定电流。输出功率或扭矩的波动越大，电流的均方根值也就越大，对电动机额定功率的需求也就越高，所以，周期载荷系数CLF是考虑因抽油机运动特性引起的轴扭矩波动及电动机电流波动的影响系数，而抽油机启动时，电流的变化最大，因此通过启动电流可计算出周期载荷变化系数。

在设计规定的工况下，常规游梁抽油机的周期载荷系数值为1.8～2.2，异相型、下偏杠铃型和调径变距型等节能抽油机的周期载荷系数值为1.15～1.25，摩擦换向和双驴头等高效节能抽油机的周期载荷系数值为1.095～1.105[1]。

条件（2）：

为了保证电动机匹配装机功率后抽油机能够正常启动，同时要满足电动机的实际输出扭矩小于选配电动机的输出扭矩。

2 电动机运行特性

对于电动机功率利用率的合理上限，首先应考虑电动机的效率水平，其次是当电动机负载过大时，电动机内部损耗增加，电动机无法满足启动需求。常规Y系列三相异步电动机不过载时理论最大合理功率利用率为50%左右。当电动机装机功率偏大时，电动机热损失和机械损失大，无效功率损失大，单耗高。从电动机效率与功率利用率变化曲线图1中可知，对于常规Y系列三相异步电动机，只有当电动机功率利用率β＜20%时，效率才明显下降，当β＞20%时，电动机效率不随β增加而明显增加，因此说明抽油机井负载过轻或配备电动机功率过大的负载率界限为20%。此时，抽油机负载过轻或配置的电动机功率过大，应降低电动机的装机功率。

3 现场应用效果

以1#井为例：利用DZC-1型抽油机电动机多参数测试仪对电动机功率调整前后的运行特性进行测试，电动机装机功率下降18.9%，平均电流下降13.9%，有功节电率10.2%，电动机功率利用率提高3.8个百分点，电动机综合效率提高3.96个百分点。从测试结果看，电动机运行效率有所提高，电动机耗电量下降明显。1#井调整前后有功功率变化情况见图1、图2。