抽油机井混合磁阻电动机应用及评价

王永强（大庆油田有限责任公司第六采油厂）



抽油机井混合磁阻电动机应用及评价

王永强（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

针对油田三相异步电动机存在能耗高、效率低及永磁电动机存在退磁问题，在某采油厂现场试验应用混合磁阻电动机。利用磁通沿着磁阻最小路径闭合的原理，将转子设计成带气隙的结构。试验表明，与异步电动机相比，混合磁阻电动机的启动力矩大，降载效果好，装机功率可下降32.7%，可实现无级变速运行并能有效提高电动机效率；降低有功消耗，平均单井有功节电率达到13.65%。

抽油机磁阻电动机节能

目前，油田生产对节能减排的要求日益迫切，在油井异步电动机亟待更新淘汰的形势下，永磁同步电动机曾作为提高电动机效率的主要措施推广应用；但随着不可再生资源稀土的大量开采，导致矿产环境出现大面积不可逆的污染，稀土钕铁硼材料对于应用环境的要求比较高，在高温、受冲击、腐蚀性气体等环境下都会造成退磁等现象，在生产中存在着一定的隐患。此外，超高转差电动机运行效率低，双功率电动机动态响应性差等也制约了油井节能降耗的效益。传统磁阻电动机是上世纪80年代初发展起来的，具有结构简单、运行可靠及效率高等特点；而新型混合磁阻电动机则可以不使用稀土磁钢或者极少使用稀土磁钢［1］，在有效提高电动机效率、降低损耗的同时，其可靠性、适应性较好地弥补了以上电动机的不足。

1　技术原理

混合磁阻同步电动机（混磁电动机）遵循磁阻最小原理：磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合，由磁场扭曲产生旋转转矩［2］。混磁电动机电磁转矩由电枢电流和励磁电流共同产生，通过电枢电流与励磁电流给定的一般规律，确定电动机效率最优分布图，使混合励磁电动机在宽调速范围内保持电动机的较高能量效率［3］。

其效率特性在于：由于混磁电动机属于同步电动机的范畴，因此，具有与永磁同步电动机相同的特性，转子转速与定子旋转磁场完全同步，与异步电动机相比，无转差损耗具有较宽的有效负载区。

2　现场试验及评价

现场主要开展混磁电动机同功率级别替换试验，应用混磁电动机进行装机功率降级试验，同时对混磁电动机应用时的效果进行测试评价。

2.1同功率匹配现场试验

高转差电动机是目前油田应用较多的节能电动机，现场选取同功率级别的高转差电动机进行了试验。测试数据见表1。

表1　10-1912井混磁电动机同功率级别匹配现场试验效果

2.2装机功率降级现场试验

7-2418井现场分别用45 kW、37 kW混磁电动机替换55 kW异步电动机。以37 kW混磁电动机匹配为例，平均百米吨液耗电比试验前降低11.86%。

8-2688井用22 kW混磁电动机替换45 kW异步电动机，应用后平均百米吨液耗电比试验前降低9.8%，无功功率降低了6.832 kvar。

2.3应用混磁电动机变速试验

混磁电动机应用伺服控制可进行无级调速，现场进行了在线变速调节试验，能够解决抽油机井每个冲程过程中交变载荷影响而产生的功率不平衡问题，从而进一步改善井下泵动作和电动机运行效果。

在冲速不变的条件下，进行上快下慢抽汲试验，平均速度比为2∶1，变速运行时平均泵效为66.61%，比同等冲速下匀速运行时的泵效高5.58百分点（表2）。

表2　7-2418井混磁电动机变速试验测试数据

2.4混磁电动机应用效果评价

通过现场试验表明，混磁电动机能降低油井峰值载荷：现场分别测试5-2411井、8-2688井示功图，对比交变载荷变化；应用混磁电动机后，峰值载荷均有所降低，泵依然保持了有效充满，交变载荷变化平稳。

8-2688井最大载荷由55.65 kN下降到50.61 kN，下降5.04 kN，最小载荷由25.22 kN上升到30.41 kN，上升5.19 kN。

启动电流测试对比有明显下降，实现了软启，减缓硬冲击。如图1、图2所示，从7-2418井前后启动电流的测试对比看，启动峰值电流从390.9 A下降到57.86 A，平均下降了85%。

图1　7-2418井前期启动电流曲线

混磁电动机具有消除负功发电作用。针对油井倒发电的状态，混磁电动机可以通过高精度的速度跟随特性，在电动机速度降低到接近于势能向动能转化的时刻，平滑地使电动机切入运行，降低因电动机倒发电引起的电动机损耗（图3）。

现场试验进行能耗测试计算。应用混磁电动机后，单井综合节电率可达到30.53%，年节电7.87× 104kWh，折合标煤9.67 t，年节约电费6.17万元，减少CO2排放15.6 t。

图2　7-2418应用混磁电动机启动电流曲线

图3　混磁电动机消除负功发电时电流测试曲线

3　结论及认识

1）新型混合磁阻电动机具有较宽的效率范围，因此，适用于油田抽油机井高耗能异步电动机的更新匹配，可以降低电动机的装机功率，提高电动机功率因数和效率，减少电能消耗。

2）对于产能变化频繁、需要动态调参的抽油机井，应用混合磁阻电动机可进行无级调速，能有效解决冲速动态调整的问题。

3）混合磁阻电动机采用伺服控制系统，可实现能耗数据的自动采集、抽汲参数的优化设计，有利于提高油井的自动化管理水平。

［1］王洪武，陈业明，陈磊，等.同步磁阻电动机矢量控制研究［J］.微特电动机，2015，43（4）：74-76.

［2］顾仲圻，周鹗.新型磁阻电动机结构参数对性能的影响［J］.东南大学学报，1985（1）：52-59.

［3］朱孝勇，程明，赵文祥，等.混合励磁电动机技术综述与发展展望［J］.电工技术学报，2008，23（1）：30-37.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.12.007

2015-09-22）

王永强，高级工程师，1999年毕业于华东石油大学（石油工程专业），从事油气田采油工程技术工作，E-mail：wangyongqiang1@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第六采油厂工程技术大队，163114。