南翼山油田机采井电机功率动态调整研究

姜楠 陈国星 樊恒丽 樊四鹏

摘要：结合南翼山油田机采井生产现状，以电机运行特性与抽油机负载相互配合的理论，研究南翼山油田机采井和电机的配套选择，实现电机运行载荷率和功率因数的提高，降低了电机的损耗，为油田节能降耗提供了理论基础。

关键词：机采井，电机，节能

1 前言：

在人工举升采油设备中，游梁式抽油机以方便、可靠、经济著称，是最主要的采油设备。在选配电机时为了抽油机顺利启动，一般按最大扭矩选配电机。但因此抽油机启动后正常工作时平均转矩与最大扭矩相比又过低，经测量电机输入功率仅为额定功率的1/4-1/3左右。低负载运行造成电机效率低，功率因数低，系统效率低，电能浪费大[1]。由于南翼山油田为低孔-特低渗油藏，油井递减较快，若降低机型投入新抽油机，则费用较高，因此需通过降低电机功率解决“大马拉小车”、能耗高的问题，实现抽油机和电机功率科学匹配，提高电机功率利用率。

2 南翼山油田电机使用现状

截止2021年南翼山油田机采油井使用游梁式抽油机超过350井次，占据机采井总数93%。根据目前生产规划，南翼山油田平均每年新增50井次机采井，均为8型游梁式抽油机。配套电机为三相异步电机，占比94%，少数老井使用高转差电机和永磁电机。三相异步电机额定功率为22kW，但抽油机正常运转过程中测试电机输入功率仅为4-7kW。通过对200口机采井进行，电机负载率平均为28%。

3 电机工作特性分析

3.1电机工作特性理论分析

三相异步电机从定子吸收电网的电能，通过电机变换成机械能之后，从转子输出轴输出给抽油机负载。因此，电网对三相异步电机提出了一些参数要求：一是电机工作效率不能小于其技术标准指标的效率;二是电机功率因数不能小于技术标准所标注的功率因数值;三是电机最初起动转矩倍数不小于技术标准规定的值;四是电机最初启动电流不能高于技术指标规定的值;五是在额定电压下，电机工作时过载能力要高于技术标准所规定的数值;六是在额定电压下，电动机工作时最小转矩和额定转矩的比值要高于技术标准所规定的数值。

利用直接负载法对22KW三相异步电机进行工作特性测试，可得到测试曲线（见图1），结合游梁式抽油机载荷的周期变化，可以根据抽油机运动过程中的瞬时最大扭矩来计算所需电机的额定功率，否则，所选择的电机额定功率就会偏大，导致电机功率利用率低，能耗高。

3.2 电机与抽油机匹配的光杆负载率法

根据丁亮[2]研究的机械原理分析，通过对电机负载电流或扭矩开均方根，得到对应的等效电流或等效扭矩来，从而进一步來计算所需电动机的额定功率，计算公式为：

忽略抽油机不平衡因素，曲柄轴等效扭矩和约等于最大输出扭矩的0.6倍，即Mdx≈0.6Mmax。

对于常规型游梁式抽油机，一般假定最大扭矩的曲柄转角为75°处，最小扭矩的曲柄转角为255°处，相应的扭矩因数大约为0.5S和-0.4S（S代表冲程）。相近的曲柄最大扭矩计算公式为：

3.3案例

以南翼山油田南浅22-06-1井为例：

该井抽油机理论适配电机功率为：

4 现场应用

针对南翼山油田3口井进行理论分析后调整电机档位，跟踪调整后1个月，未发现抽油机自停、电机过载或剧烈发热等情况。

通过对3口井的机采参数进行动态监测，对比调整前后，抽油机系统的输入功率等参数整体呈现下降趋势，电机功率因数有不同程度提高，有效降低了电机的无功损耗，提高电机负载，降低单井能耗，具体数据见表1。

5 结论

在油田的实际生产中，油井受到井下管柱结蜡、地层出砂、原油含气、设备磨损老化等多种因素的影响，实际的抽油机运行状况与理论计算会有一定的差异。因此，计算结果不可能与实际情况完全一致，但仍能较客观反映现场的实际生产情况。

根据抽油机运行时的负载变化，由光杆功率法确定合理的电机额定功率，及时调整电机功率，可防止出现“大马拉小车”的现象，提高电机的负载率，提高电机的运行效率，实施优化后单井年节约电量可达0.3×104kW·h，有良好的经济效益。

同时应充分考虑满足启动功率需求和电机最大扭矩的要求，科学匹配电机功率，以确保油井正产生产。

参考文献：

[1]薄保中.抽油机电机的调压节能[J].油气田地面工程，2000-19（6）

[2]丁亮.大庆油田游梁式抽油机与电机匹配现状分析及合理匹配研究[D].东北石油大学，2018-03