抽油机井电机对调提高节能效率设计方法

何贤

摘要：現阶段对抽油机井适配电机功率的选择，一般以抽油机在启动时需要克服的机械阻力位选择标准。但受抽油机机械结构以及采油原理决定，抽油机正常运转功率要远远小于启动功率，因此会造成电机安装功率较高，工作效率与能耗不成比例等不良现象。笔者对所在单位抽油机井的生产数据进行测试考量，根据考量结果，部分三相异步电机与抽油机主体存在功率不匹配的问题，电机功率利用率较低。课题研究由此出发，在研究大量文献资料后结合企业生产现状，制定了电机对调计划，从而确保电机功率匹配的最优化。

关键词：电机效率;功率利用;载荷

现阶段笔者所在大庆油田，多数有杆采油设备均使用三相异步电机作为机械动力源。根据油田2018年的末的基采能耗调查数据资料显示，电机功率不匹配、电机功率利用率较低的现象极为普遍。受石油资源的开采特性决定，在资源的开采后期采油成本不断提高，企业利润范围被一再压榨，因此企业必须提高自身成本控制和管理工作，才能确保企业未来的可持续发展能力，为此我油田制定了一系列的节能环保生产计划和管理措施，电能的节约与控制是其中重要的内容和目标。笔者对自身生产区域内抽油机设备以及电机使用情况进行了调查，结合实际匹配情况与节能控制目标，制定了详细的电机对调计划，符合降本增效的企业战略。

一、电机功率计算方法

根据前文所述，现阶段我厂抽油机设备均采用三相异步电动机电机，游梁抽油机在停机在启动时需要克服较大的启动阻力，电机功率过低会造成抽油机设备的启动失败。因此现场主要考虑大功率电机。首先，在现场完成对抽油机各个运转参数的测量，重点确定目标抽哟及最大以及最小的点载荷数据，以便依据该数据计算电机输出的最大扭矩和启动扭矩，从而确定最优的匹配功率。

在实际测量计算中，一般认为动力端最大输出扭矩作用时间与抽油机启动载荷最大时间相同。对电机的最大输出扭矩计算，可以通过测量抽油机设备曲柄运行过程中出现的最大扭矩。计算电机所需功率。

二、单井合理功率设计

根据课题研究需求，笔者对生产管理范围内的代号为X11的5型游梁抽油机，进行了详细的运行参数测试。经过测试计算，该设备在运行中最大载荷为39.16kn，最小载荷为2359kn，每个冲程曲柄位移2.5m;冲次为4/min。根据扭矩计算公式可得，在目标抽油运转中，曲柄扭矩为12362.85N.m。该设备使用的电机为8型750r转速转速电机。电机正常运转扭矩为66N.m。基于测试曲线的各项数据，该抽油机与电机组合下，设备运转的启动电流为204.6A，启动后正常机械循环电流为3.6A.启动电流约为正常运转电流的6倍。根据Nr= [1800+0.202（P max -P min）]S公式，可以得出电机的理论适配额度为6.4千瓦。但在实际设备运行过程中，设备运转容易受到外部环境以及井下因素影响，其中产量波动对设备运转载荷影响影响较大。以新投产油丼最为明显。因此为了确保设备正常生产，电机应选择功率大于额定功率30%的电机。但我厂现存电机最小功率为15kw。因此选词该电机作为x11的匹配电机。

三、现场应用

基于目标抽油机的电机效率曲线数据分析，可以得出该抽油机电机利用率利用率较低，24小时周期内利用效率为20%，电机使用效率为80%;当功率利用率为40%。经过对电机功率的参照对比测试，电机功率利用率与电机效率处于正相关的波动关系。电机效率伴随电机功率利用率持续上涨，在数值接近额定功率时，电机效率停止增长，因此可以认为，装配电机的功率利用率无限接近额定功率的电机，为该机械设备的最佳功率。

为了进一步研究电机额定功率与抽油机机械设备的匹配关系，在现场进行了下一步的详细对调测试。首先计算抽油机设备的启动扭矩需求，在电机满足抽油机启动扭矩的前提下，制定对调计划。对掉范围为电机利用率低于10%和高于50%部分抽油机设备进行对调。

X12井，目前使用功率为45kw、750r/min的电机。经现场测试以及电机功率曲线图，该抽油机设备实际有效功率为4.115，无效功率为10.47kvar。功率利用率约为10%左右。设备运转中最大扭矩为27.82kn，最小扭矩为15.56kn。曲柄最大位移2.1.m，冲次为6次/min.基于前文所述电机功率计算方法可以得出结论，该抽油机抽油机设备的理论适配功率为10.5kw，根据的该井的产液情况，以及机械设备运转状态，该设备功率浮动约为35%。现使用功率为15kw的电机无法全面满足设备运转需求。因此选择19kw电机进行实验对调。对调后经观察测试，电机功率利用率、电机效率显著提高，其中电机功率利用率达到了21.5%。随后对该设备进行电量测试，匹配19kw电机后，该抽油机设备耗电量为138.38wh.对比15kw电机的166.32wh。电能节约为16.8%。

X13井，现使用功率为19kw，750r/min转速的电机。经过现场电机功率测试x13有效功率为8.96kvar，无效功率为19.39kvar。功率利用率约为47.2%。随后对x13运转过程中的载荷、冲程、冲次情况进行测试，计算得出设备运转时，曲柄扭矩为20713.62n.m。结合油井实际产业情况以及设备状态，该设备对电机功率的理论需求为34kw。现有电机功率过小，导致该设备能耗大并存在启动困难的为题。在对调37k电机后，情况得到了有效的改善。功率利用率降低为 24.22%，电机效率可由 90%将至 82%。实际安装前电量 136.32kWh，安装后电量 144.41kWh，实际节电率为-5.93%。电机对调后，调小电机节电率为 16.8%，调大电机节电率为-5.93%，综合节电率为5.44%。

针对生产区域内电机功率不匹配的抽油机设备，详细测量了所有抽油机设备的电机需求参数，并集合现有电进行了电机对调工作。累计对掉次数29次，生产区域内抽油机设备的电机功率匹配情况金本符合运转标准，在对调工作后，抽油机设备平均节电量为4.8%，总节电量为16.4%。实现了节能增产的初衷。

总结

随着石油资源开采的逐渐深入，开采成本和开采难度逐渐升高，石油企业进入了微利时代，为了确保企业经济效益的获得能力，提高企业的可持续发展潜力，需要全面降低生产成本，笔者所在油田基采设备多数为以电机作为机械动力源的带杆抽油设备，电能消耗是生产成本的重要组成部分。电机与抽油机设备不匹配会造成设备耗电量的上升，课题以节能增产为研究目的，对生产区域内的抽油机设备进行了对调研究，根据电机的启动扭矩和生产波动变化，确定合理的电机功率区间，达到降本增效的目的。

参考文献：

[1] 李春瑜，朱荣节.应用电机最大扭矩法更换节能的电机设计方[J].石油石化节能，2016（06）.

[2] 张琪.采油工程原理与设计[D].东北石油大学，2000.

[3] 刘卓钧，赵贵祥.有杆抽油设备与技术[M].石油工业出版，1992.