吐哈油田抽油机系统节能技术研究及应用.docx

吐哈油田抽油机系统节能技术研究及应用李东海颜丙山王宝阳赵春艳周长英梁月平 (吐哈油田公司机械厂)摘要：节能抽油机、电动机及控制装置在吐哈油田已经得到广泛的试验和推广应用，就近年来在吐哈油田抽油机节能产品技术研究及应用情况进行总结，以发挥对抽油机节能产品现场推广应用的指导作用。 关键词：抽油机节能电动机控制装置应用试验刖舌国内油田多为低渗透、低产油田，抽油机驱动电机耗电电费在石油开采成本中占了相当大的比例。据资料统计，我国各油 田在用抽油机在10万台以上，电动机装机总容量3000mw，每年耗电量逾105亿度，电费接近100亿元。抽油机由机械设备和电气两大部分组成。其中，机械部分由带传动、减速器、四杆机构、驴头钢丝绳等组成；电气部分主 要为电机和控制系统组成。因此，抽油机效率也由机械传动效率、电气效率两部分组成。抽油机系统节能技术方面研究也主要 涉及节能型抽油机研制和电气节能技术两方面。节能塑抽油机研究主要从寻找一条趋于平直、均方根扭矩值最小的曲柄净扭矩曲线，也就是通过改善平衡重量或配重位置 的变化，使平衡扭矩与油井载荷尽可能相抵消，实现有功节能。电气方面则是从新型电动机、节能装置的研制，降低电机装机 功率、提高电机功率因数、降低抽油机无功损耗，实现节能降耗。1吐哈油田节能抽油机技术现状截至201 1年12月30日，吐哈油田共有抽油机2002台，全部是节能型抽油机。其中，弯游梁抽油机占到85，下偏复合平衡抽油机、双驴头抽油机占14，立式抽油机仅处在推广试验阶段。根据国内权威的抽油机制造企业(渤海装备制造公司)提供的5种常见抽油机节能技术参数可以确定，弯游梁抽油机是国内外 节能效果最好的几种游梁式抽油机之一。具体数据见表1。口li”在2008年，中石油对吐哈油田649台抽油机进行节能监测。在抽样比例占到近40、平衡度仅4484达标情况下，抽油机井 的系统效率27196、功率因数058均获得较高的指标。总体来看，吐哈抽油机系统节能水平较高，处于国内各油田先进行列。同 时，这进一步说明弯游梁、下偏复合平衡抽油机节能效果好。表1常见游梁式抽油机节能效果同时，也看到：1)在温米、鄯善稀油井中，低产液井占开井数的252，因产液量低，连续抽吸情况下低产井吨液电耗较高，j捌42kwht以上。2)鲁克沁稠油井因超重型抽油机配备大功率异步电动机，正常工作时负债率低，造成功率因数较低。因此，在已使用节能抽油机的基础上，稀油、稠油井仍迫切需要应用节能电动机、控制柜，进一步提高功率因数、降低吨 液电耗，针对低产井、间开井也迫切需要配套间抽控制柜减少无谓电耗。5892吐哈油田节能电动机技术对比分析吐哈油田试验、应用过的抽油机驱动电动机较多，主要以y系列异步电动机、稀土永磁同步电动机、cjt节能拖动装置为 主，并且永磁电机已经逐渐替代y系列异步电机。21稀土同步永磁电机目前，吐哈使用的稀土同步永磁电机主要是浙江中龙的ynyc系列的产品。从8型抽油机15kw电机一直到14型抽油机的37kw电动机。永磁同步电动机，效率高、启动转矩大、功率因数高，符合抽油机启动扭矩大、正常运转小的惯性特征。 吐哈油田于2006年开始试验和推广使用同步永磁电动机。目前，新装抽油机普遍配备该电机。对推广使用永磁电机的117台抽油机进行了节能监测。节能效果如下表3。 通过对同步永磁电动机的节能效果的测试和有关技术资料表明：该电动机是目前最有发展前景的电动机，既降低电机的装机功率，又可以降低电机的运行损耗，综合节电达n652。表2稀土同步永磁电动机节能效果2度有功耗电量(kwh284903011016257t100m)平均吨液百米提升高3度无功耗电量(kvarh726109838627728644 t100m)垒箜金堇皇室=鱼：主2丝22 cjt节能拖动装置 cr系列抽油机节能拖动装置可配备ycch(超高转差，转差率12)、ych(高转差，转差率7596)两系列三相异步电动机，以及ck型抽油机控制箱。在温米、鄯善、丘陵油田有少量的试验。根据油田节能检测验证：1)cjt拖动装置具有(超)高转差率，应用于抽油机系统后可减小了启动过程的抽油机、杆的冲 击载荷；2)具有较大的堵转扭矩倍数和低的堵转电流，符合抽油机惯性启动的特性；3)多功率输出，可根据抽油机实际负载 情况进行电机功率一定范围的调节，提高电机的负载率，综合节能效果达到15。23综合对比分析结论y系列异步电动机、tnyc永磁电动机，以及ctj拖动装置配套的ych、ycch高转差电动机的综合对比见下表3。 可以得出以下结论：cjt节能拖动装置与现在使用永磁电机节能效果相当。但cjt电动机具有(超)高转差率、多功率输出优点，综合指标更好。在设备投资上，err拖动装置、tnyc永磁电机价格相对较高，是y系列异步电动机价格的16倍。但是两种电机节能收益回 报期短，仅为813个月即可收回增加的购置费用。同时，随着国家对稀土的控制，cjt将具有更好的价格优势。表3吐哈应用的节能电机技术参数及节能效果对比项目ych高转差ycch超高转差y系列 tnyc永磁 异步电动机异步电动机异步电动机同步电动机转差率75126o防护形式ip23、44、54防护绝缘等级b、e、f绝缘输出转速异步单速异步4功率4速(变异步单速同步单速输出功率单功率化)单功率单功率功率因素不低于07808407l080o92096效率()不低于79。8486939093堵转扭矩倍数2753416202227堵转电流倍数355555657590综合节电效果10(理论)o6：525903吐哈节能控制装置技术对比分析由电动机输出功率公式：o=；uicos巾可以得出，针对电动机开展节能的节能装置主要针对电动机输入u、1c巾三个参数进行控制。吐哈油田试验、应用过的节能装置主要采用异步电机变频控制、智能问抽、电容补偿柜装置。下面对这三类节能装置进行 对比。31抽油机异步电机变频控制柜吐哈主要试验和推广应用的是深圳吉庆电子有限公司生产的hsc系列抽油机变频控制装置。 其设计原理是：1)双pwm，两套逆变系统，分别执行变压变频、调速任务和回收再生电能的任务。2)回馈单元是把变频器直流环节的电能，变换成一个和电网电源同步同相位的交流正波，把电能反馈回电网再生利用。 从2008年开始，在吐哈油田的鄯善、温米、鲁克沁、吐鲁番、三塘湖五个采油厂推广安装hsc系列抽油机变频控制装置134台。对应用的hsc系列抽油机变频控制装置进行了节能监测得出：1)变频柜能根据油井的实际供液能力，智能动态调整抽油机 冲次，提高油井的产液量和泵效；2)具有电动机功率因数补偿作用，功率因数可提高到o90以上；3)实现电机真正意义上的 柔性启动，降低启动电流、避免机杆泵的冲击；4)冲次本地任意调节，可满足不同抽油机冲次的个性化需求；5)具有动态调功功能，不变频也能节能；6)节能效果好，综合节电达到1 724。具体数据见表4。表4 hsc系列抽油机变频控制装置节能效果32智能间抽控制系统 吐哈油田，试验的空抽控制系统主要是美国汉诺威生产的hnw2800一fd型智能抽油机空抽控制器。在鄯善、丘陵、三塘湖应用62台。该智能抽油机空抽控制器通过高分辨率传感器检测抽油机电机动力线电流、电压及相位角，计算出电机工作的实时有功功 率、无功功率。并根据抽油机上行、下行电流变化与抽油机加载、卸载过程的关系准确描述出抽油机加载及卸载过程的电流运 行轨迹及加、卸载过程的时间变化曲线。并与标准的曲线进行个性化修正，找出真实反映每台抽油机实际运行情况的电流、功 率及负荷的变化规律。对试验的空抽控制系统进行节能监测得出：安装该控制器后，油井产液平稳，动液面保持相对稳定，生产时间大幅缩短， 节电效果比较明显、平均节电达4152。具体数据见表5。表5 hnw2800一fd型智能抽油机空抽控制器节能效果33电容补偿控制柜 无功补偿控制箱分为静态和动态两种。静态无功补偿结构简单，它是在电动机输入端并联一个或一组电容器。动态无功补偿是在电动机输入端并联一组电容器，通过微处理器根据负载的变化控制电容器投入的容量，这样既提高了电动机的供电质量，又提高了功率因数。目前，吐哈主要采用抽油机电动机静态电容无功功率补偿装置。电力电容是静态切入，电机一启动即投入使用。电路原理图见图1。 因国产电容器使用寿命较短，损坏后没有及时更换，造成目前电容补偿柜没有充分发挥作用。同时，电容静态补偿存在欠补、过补情况。591l l蕈=删姗”矗圳南t雎u3 旧。萎=l洲 h卜卜f妒j鹏图1静态电容补偿控制柜电路原理图4结论吐哈油田在节能抽油机、电动机、节能装置的技术研究、试验和推广上做了大量的工作，取得较好的效果，并得出以下研 究结论。1)弯游梁抽油机、下偏复合平衡抽油机节能效果好，节能20以上，将在吐哈继续推广使用。2)cjt节能拖动装置和tnyc永磁电机节能效果相当，综合节能5i0；cjt转差率较大启动冲击小，tnyc永磁电机功率 因数高。在16型以上超重型抽油机优先推荐使用cjt节能拖动装置，获得好的抽油机启动特性。3)抽油机专用变频控制柜适用范围广、节能效果好，更适合高中低产井、频繁调节冲次的油井。深圳吉庆hsc系列抽油机变频控制装置节能效果好，综合节能15以上，推荐使用。 4)智能空抽装置更适合低产井的间抽，稳产、节能效果好。汉诺威hnw2800一fd型智能抽油机空抽控制器效果较