外围油田举升环节中节能措施的应用与认识

刘芳

【摘要】随着大庆油田的深入开发，现已进入三次加密开发期，截止到2009年，大庆油田共有抽油机井38346口，电泵井2032口，螺杆泵5077口，在这种情况下，实现节能降耗，以最少的能源消耗获取最大的经济效益，更加有效、合理地利用能源，将为企业带来新的活力。本文以大庆油田采油九厂为例，介绍一些大庆外围油田举升环节中在节能降耗措施上的尝试。

【关键词】外围油田 举升 节能 应用

1 节能电机在外围油田的应用情况1.1 节能电机应用情况

在油田产能建设上，采油九厂先后投产了新站外扩、新肇古634外扩等12个区块，应用节能电机5种，由于不同种类的节能电机特点不同，节能效果也不同，为了指导抽油机井节能技术的推广应用，达到降低成本、提高经济效益的目的，采油九厂对目前应用的节能电机进行分析评价，根据井况及节能电机的特点推荐合理的优选方案。

目前，永磁电机应用四个区块，平均系统效率12.1%，百米吨液耗电2.4kWh；承德司达电机在古1区块应用，平均系统效率11.5%，百米吨液耗电2.0kWh；庚辰低转速电机应用两个区块，平均系统效率10.8%，百米吨液耗电2.2kWh；利普电机应用三个区块，平均系统效率7.9%，百米吨液耗电2.5kWh；大丰电机应用两个油田，平均系统效率6.6%，百米吨液耗电2.6kWh。同一种节能拖动装置不同的区块系统效率相差也较大，如利普电机在杏西外扩和他拉哈区块系统效率分别为15.0%和14.7%，而在古109区块仅有4.9%，主要是产量低。

1.2 在古1区块开展电机对比试验

采油九厂在古1区块开展了电机对比试验，该区块单井产能预测从1.0～4.0t不等，共选用了三种电机进行对比。

一是选用了永磁电机。永磁电机是全封闭自冷式电机。其节能原理是：稀土永磁同步电动机稳定运行在同步转速，与异步电动机相比没有转差损耗；使用稀土永磁材料激磁，提高了功率因数，定子电流减小，铜损降低，提高了电动机效率，针对抽油机的负荷特点，提高了低负荷区（50%以下）的电动机效率，同步电动机在负载变化和电网电压波动时，不存在速度波动，没有机械过渡过程的损耗。优点是该电机具有启动转矩大、过载能力强、效率高、功率因数高等特点。缺点是启动电流大，单速调冲次不方便；

二是鸡西庚辰一体化拖动装置。该系列电机是与抽油机配套使用的节能电机，优点是该电机具有启动转矩大，运行平稳，主要用于低产井，转速237转/分，转矩达到34.97kNm，最低冲次可达到每分钟1～1.5次。缺点是散热器一旦损坏，整个电机易被烧毁，无法修复；

三是选用承德司达一体化拖动装置。该系列电机是双速高转差率节能电机，节能原理：一是CJT装置优良的起动性能和软特性能够用较小容量取代较大容量的普通电动机，固定损耗减少。二是设计使CJT的高效区向轻负荷时偏移且比较平坦，尽管CJT 的额定效率不如普通电动机高，在抽油机上运行时却具有高的平均效率。三是CJT装置与抽油机合理匹配，克服“大马拉小车”现象，工作热电流降低、功率因数提高，无功功率和线损降低。四是通常抽油机存在发电现象，CJT 装置的软特性可大大减少乃至消除发电状态，不仅降低对供电容量的需求，充分发挥电动机的能力，也减少能量无益吞吐过程中的损耗。优点是启动转矩大，为电机额定转矩的2.75～3.4倍，启动电流小，为电机额定电流的3.5～5.54倍，具有较大的速度变化范围，方便现场调参，现场适应性强。

该区块所用电机耗电和系统效率测试结果可知，承德司达双速电机单井日耗电为74.4kW，吨液百米耗电为2.0kW，系统效率为11.5%；大庆永磁电机单井日耗电为63.3kW，吨液百米耗电为2.3kWh，系统效率为11.7%；鸡西低转速电机单井日耗电为82.8kWh，吨液百米耗电为2.9kWh，系统效率为9.2%。从吨液百米耗电看，承德司达双速电机最低，鸡西低转速电机日耗电最高，大庆永磁电机居中；从系统效率方面看，大庆永磁电机系统效率最高，鸡西低转速电机最低。该区块使用节能电机平均系统效率为10.9%。

2 伺服电机在外围油田的应用情况

伺服拖动系统主要由带编码器的稀土永磁同步伺服电机和交流伺服控制器两大部分组成。伺服电机也称执行电机，它具有一种服从控制信号的要求而动作的职能，在控制信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能即时自行停转。

2.1 技术特点

与永磁电机相比，伺服电机具有以下特点：

2.1.1 平稳启动、消除震动

从根本上解决了永磁电机启动困难的问题。变速箱和电动机的扭矩和输入功率变化趋于平缓，大大降低了机械冲击负载对机、杆、泵、变速箱的疲劳损伤，延长设备使用寿命。

2.1.2 精确控制，节能最大化，消除退磁的可能性

交流伺服控制系统采取闭环控制，在电机轴上安装高精度编码器，把转子转角信息实时反馈给控制系统，控制系统根据电机转子磁场角度控制三相电流，使定子三相线圈合成磁场方向与转子磁场方向垂直并且精确同步，最大限度利用电流产生转矩，实现了电机精确的磁电控制，以达到节能最大化，于此同时从根本避免了永磁电机应用过程中退磁的可能性。

从以上两点可以看出伺服电机在保持永磁电机节能的基础上较好的克服了其自身无法克服的缺点。

2.2 伺服电机应用情况

经过近3个月的使用，伺服电机存在的管理问题从表面上看是由于不平衡引起的，但是从本质上应该归于泵况问题，反应出了伺服电机对泵况的要求比较严格。由于伺服电机的这种特性，建议在含蜡量高、油稠的井或者区块不采用伺服电机，否则会出现经常性的不平衡现象。经常性的洗井，除了会对油层本身造成污染外也增加了洗井费用，失去了应用伺服电机的意义，会对正常的生产会造成的影响。

对于伺服电机在油田的应用，现在只是开始，伺服电机带给我们的是一种智能化的理念，它的价值不只是体现在节能方面。

（1）从齐家北使用情况来看，伺服电机克服了三相异步电机和稀土永磁电机自身无法避免的缺点，同时有具备常规电机无法比拟的优势，节省了大量的人力、物力和财力，完全可以满足生产的需求，并且能取得较好的节能效果；

（2）由于伺服电机对泵况比较敏感，这给生产管理提出了更高的要求；

（3）伺服电机在油田有着更广阔的应用前景。

大庆油田特别是外围油田在开发的全过程中，一直严格贯彻着“节能降耗、少投入多产出”的原则，也在坚持不懈地进行着各种节能尝试，以节能目标带动技术进步，我们会继续关注油田中的各项节能举措。