清洁智能节能装置在游梁式抽油机上的试应用分析

武旭侯磊刘国豪张鑫陈志庆赵乾坤董林虎

游梁式抽油机是石油生产中的主要耗能设备。据统计，在油田生产成本中约有三分之一为电能消耗，而游梁式抽油机消耗的电能约占总电能消耗的80%。

目前普遍认为变频器是抽油机节能的最佳选择。从油田陆上作业区为节能而使用的变频器状态看，其使用可以灵活地降低抽油机冲速，达到低产油井部分节能的目的。但是变频器的使用也带来弊端：变频器通过降低电动机定子频率的方法降低电动机转速（由于频率降低到一定程度，会增加普通电动机发热量，一方面增加能耗，另一方面使得电动机处在不利的温升工作条件下，高温运行会造成高转差电动机寿命降低，故障多发）；变频器“交-直-交”工作模式采用不可控的二极管整流电路完成交流转直流，带来了两方面的问题（网侧电流波形严重畸变，造成电网的谐波污染，且功率因数偏低；由于二极管的单向导电性，电动机制动时的再生能量无法反馈给电网）；由复杂电子器件组成的变频器的可靠性对于适应油田恶劣的工作环境至关重要，故障率高、检修不及时都会影响生产。

针对以上问题，研制了一种新型清洁智能节能装置。以某油田实际运行抽油机井为例，测试抽油机井加装清洁智能节能装置后的节能效果。

1 清洁智能节能装置工作原理

清洁智能节能装置根据自身携带的功率因数表测得电动机功率因数，动态优化地提高电动机的功率因数，使电动机始终运行在最佳节能状态。

清洁智能节能装置的核心部件是交流正弦波调压模块，它是将WPWM调压技术和变压器磁路互补调压技术相结合而研制开发的无级无触点交流调压模块。交流正弦波调压模块的创新点是线性快速无极调压。作为大功率稳压电源与调压型节能设备的控制核心，该项技术完全实现了线性快速无极调压，整个调压过程没有电压突变，无波形畸变，无谐波增量，是一个纯绿色过程。正弦波交交调压模块结构见图1。

图1 正弦波交交调压模块结构示意图

利用正弦波交交调压模块，就可以在检测电动机功率因数的基础上，使输出电压动态地跟踪功率因数的提升进行调压。调压的目标是使电动机的有功功率适当降低，同时使电动机的无功功率（电流）极大降低，效率显著提高。有功功率降低是直接的节能过程，而由于无功电流的大幅降低导致从供电端到电动机端的输电线的线损和变压器的变损极大地降低。由于油田地域分布广、输电线长，线路线损的节约尤其明显。

2 节能装置在抽油机上的试应用情况

为验证清洁智能节能装置的使用效果，以某油田实际运行油井为例，测试抽油机井加装清洁智能节能装置后的节能效果。该抽油机型号为CYJY14-6-89HF，电动机型号为YCHD280-12/6，电动机额定功率为15/33kW。

2.1 测试仪器

测试所用仪器参数见表1。

表1 测试仪器型号及精度

2.2 参考标准与测试方法

测试主要依据以下标准：SY/T6275—2007《油田生产系统节能监测规范》[1]、SY/T5264—2012《油田生产系统能耗测试和计算方法》[2]、GB/T12497—2006《三相异步电动机经济运行》[3]；结果评价依据标准为SY/T6422—2008《石油企业节能产品节能效果测定》[4]。

保证各项井下数据包括示功图、产液量、含水率、动液面深度、泵挂深度等在满足SY/T6422—2008《石油企业节能产品节能效果测定》对机械采油系统节能产品对比测试的前提条件下，对抽油机井上数据进行测定。

在抽油机井前的控制柜上接入3169型电能综合测试仪，进行电参数对比测试；用标准压力表测定抽油机井的油压、套压；用工作秒表测定抽油机的冲速。测试过程中抽油机连续运行不停机，且不对抽油机做任何机械调整，运行工况未发生改变。

2.3 结果与分析

经测试，抽油机平衡度由原始状态的110%变为安装清洁智能节能装置后的101%，冲速由3.3min-1变为3.29min-1，均满足SY/T6422—2008《石油企业节能产品节能效果测定》对机械采油系统节能产品对比测试的前提条件要求：对于未改变运行工况的测试，抽油机平衡度变化不应超过±10%，冲速的变化不超过±0.3min-1，冲程应保持不变。

通过测试，安装清洁智能节能装置后，该抽油机井功率因数由0.1605提高到0.3760，输入有功功率由6.02kW降低至4.48kW，输入无功功率由42.73kvar降低至13.54kvar。按照标准SY/T6422—2008《石油企业节能产品节能效果测定》计算该节能装置的有功节电率、无功节电率和综合节电率，计算结果分别为25.59%、68.31%和33.08%。假设油井24h连续运转，年工作300天，则该油井年实际节电11088kWh；按照普通工业用电电价0.797元/kWh计算，则清洁智能节能装置在试应用油井上年节省电费8837元。安装抽油机清洁智能节能装置的抽油机前后的现场比对测试结果见表2。

表2 某安装清洁智能节能装置的抽油机节能效果

3 结论

清洁智能节能装置利用正弦波交交调压技术，在保证生产需要的前提下，降低了有功功率及无功功率，提高了功率因数及电能利用率，达到了节能的目的。该装置在试应用油井上的综合节电率为33.08%，年节电量为11088kWh，年节省电费8837元。建议扩大安装应用该装置，进一步确定其节能效果及节能潜力。

[1]梁士军,孙德刚,吴照云,等.SY/T6275—2007油田生产系统节能监测规范[S].北京:石油工业出版社,2007.

[2]吴照云,李卫东,梁士军,等.SY/T5264—2012油田生产系统能耗测试和计算方法[S].北京:石油工业出版社,2012.

[3]辛定国,翟克俊,赵跃进,等.GB/T12497—2006三相异步电动机经济运行[S].北京:中国标准出版社,2006.

[4]郑钢锐,吴照云,梁士军,等.SY/T6422—2008石油企业节能产品节能效果测定[S].北京:石油工业出版社,2008.