自适应节电技术抽油机上应用

张树起

摘 要目前大部分抽油机采用三相异步电动机拖动，调参难、功率因数低、电能浪费大。随着变频技术的广泛引用，对油田成本控制起到了很大的作用，节省了大量的电力能源。抽油机变频调速装置的应用，不仅解决了调掺难的问题还起到了节省电力能源。以前调掺需要换皮带轮或者换电机变频技术的应用，只需调整频率即可完成，变频调速技术应用在抽油机上，可大幅度降低原油生产成本。

【关键词】抽油机 变频节电 节电

1 引言

我国油田绝大部分为低能低产油田，不像国外油田有很强的自喷能力，大部分油要靠注水来压油入井，靠抽油机（磕头机）把油从地层中提升上来。在我国以水换油、以电换油是目前油田的现实，耗电费用在我国的石油开采成本中占了相当大的比例。所以，石油行业十分重视节约电能，节省电耗就是直接降低石油的开采成本。

我国目前抽油机的保有量在10万台以上，电动机装机总容量在3500MW，年耗电逾百亿Kwh。抽油机运行效率低下，在我国平均运行效率为25.96%，国外平均水平为30.05%，年节能潜力可达几十亿Kwh。除了抽油机，油田还有大量的注水泵、输油泵、潜油泵等设备，总耗电量超过油田总用电量的80%，可见，石油行业也是推广"电机系统节能"的重点行业。

2 抽油机运行特征

国内油田使用抽油机一般是恒速运行，变转矩，变功率负载，起动力矩大、惯性大；长时间“大马拉小车”运行，效率低，耗能大，冲程和冲次调节不方便（需要人工作业），空抽、半抽现象普遍存在（负载变化大），甚至经常以生反发电现象（一个循环周期内可能有两次发电状态）。

抽油机电机负荷是按周期变化，开始起动时，负荷很大，要求启动转矩很大，因此设计上，一般采用较大的电机，保证启动顺利。正常运行时负荷率很低，一般20%左右，高时负荷率30%。

3 当前抽油机节能工作现状

为有效提高抽油机工作效率，经过不懈的努力，进行了大量的尝试，取得了一定的效果。在电力节能方面，主要有以下几种不同的方式：

3.1 调整机械结构平衡，进行设备节能

为使用电机的出力尽量用于抽油过程，就要消除机械部分的能量损失，那就是做好机械部分的平衡问题：经常随工况的变化做机械平衡的调整。

这种方法操作复杂，需要人力投入多，停井时间长，各种工机具使用量大，经济效益差。同时，油井的工况变化较大，随机性强，调整平衡的工作需要频繁进行。

3.2 使用同步电机，进行设备节能

同步电机较异步电机比，具有一定的性能优势。但结构复杂，制造成本较高，不适合大量使用。同时在野外长期运行，磁铁失磁损坏较快，更换成本更是得不偿失。

3.3 调整冲次和冲程，进行工艺节能

随原油供液量的变化，只有通过动态调整抽油机电机的转速，即改变冲次的方法（一般是降低冲次），改善泵内的原油充满度，减少空抽，减少无用做功，提高抽取效率，增加原油产量，同时节约电能。

抽油机的冲程频次都是可以通过机械的方法调整，主要是靠变更传动轮的直径、改变传动比来实现；但是，一旦调整好了以后，是不大可能经常进行调整的，并且通过皮带轮直径调整频次的方法也是有级的，不能动态适应油井负荷的需要。

引入变频器控制后，一般采用变频调速技术，靠改变电机的转速实现。

3.4 变频节能技术

变频节能主要是使用变频器降频运行节电的原理，降低抽油机的冲次，使电机运行在较低的转速下，实现部分节能。

在油井产量较小，适于做降冲次工艺节能的油井上，使用变频技术节能，可以较好地削除由于供油不足造成的空抽、半抽产生的电能浪费。但在供油充分的油井上，或者是供油量變化较大的油井上，会造成抽油次数少而减少产量，总体是也不一定合算是。

因此，变频节能技术在抽油机上使用，并不是最佳选择。

4 自适应节电技术在抽油机上的应用

YAMADA抽油机专用自适应节电控制系统以YAMADA自适应控制器为核心控制单元，专门为抽油机进行优化设计，节能增效、使用简便、安全稳定。采用该系统控制的抽油机系统有以下几个好处：

（1）具有YAMADA自适应负载随动技术的优越性能，在运行时随油泵内油量（负载）变动自适应控制电机输出功率，彻底解决 ”大马拉小车” 设计带来的节电难题，高效节电15-30%以上。

（2）节约95%以上的无功功率，提高电源质量和效率，运行功率因数0.9以上。

（3）安装后，可不降低冲次（50Hz恒速），以自适应节能方式运行， 仅设备节能效果可达10-30%以上。（在油井上的实际电能表计量节电效率达38.9%以上）。

（4）也可配合工艺需要，进行在线工艺节能（不停机调整冲次，自适应节电，轻转旋扭即可实现），可在设备节能的基础上，再提高5-30%的节能效率，并显著提高工艺调整作业效率，提高原油产量。（在四厂验证其工艺节能效率高于进口抽油机专用节电系统：25Hz运行时，节能效率更提高0.2-3%）。

（5）安装使用方便：可不对抽油机现工况的机械部分做任何改动，节约大量人力和器械投入；“三步启停控制”，使用操作简单。

（6）停机工时少：安装停机约15-60分钟，节约大量的工艺时间和产量损失。（停机时间对产量和油井的影响至关重要，抽油机做工艺调整改动机械部分的投入也是非常大的）。

（7）专为抽油机配置能量回馈节电功能，克服并吸收反电势（反发电），再提高节能效率1-5%。

（8）降低电机噪音和振动，保护电机；减少电机发热，延长电机使用寿命。

（9）软启软停，减少对电网和电机的冲击，保护电机、减速机、抽油机，且稳定电网；在电网波动时稳定抽油机运行状态，稳定原油产量。

（10）为油田采油设备节电控制配置柜内温度调节功能，适应恶劣场所的环境温度：-40～+50℃，适应抽油机野外全天候长期运行。

（11）适配油田抽油机用三相异步交流电动机，功率： 15～55KW。

（12）配置旁路功能，方便维护和检修，确保油井安全运行。

5 结束语

因此，抽油机节能，首选方案是采用YAMADA抽油机自适应节电控制系统。治理此部分电源污染，可以有效地提高电源质量，提高电能可利用性能，也是一种很好的节能。

作者单位

中国石油大港油田公司第二采油厂电力管理站 河北省沧州市 061103