张 波

中国石油长庆油田分公司 第一采油厂 （陕西 延安 716000）

抽油机双功率电机在安塞油田应用的节能分析

张 波

中国石油长庆油田分公司 第一采油厂 （陕西 延安 716000）

在油田企业，机械采油电力驱动装备俱为电机，约占总耗电量的80%。在实际生产中，很多抽油机电机处于轻载、低效、高耗的运行状态，电能浪费严重。因此,电机节能降耗是解决油田节电降耗、降低开采成本的主要方向。通过分析抽油机光杆功率与电机额定功率的理论关系，结合2011年安塞油田引进安装双功率电机的现场应用效果，阐述其工作原理和技术指标，并根据现场监测得到电能参数进行客观、准确的分析评价。

抽油机 系统效率 双功率电机 节能

1 概 况

据最新相关资料统计，我国两大石油公司平均每吨油成本中的电费支出约占20%～30%，其他油田生产成本中的电费支出更高，而电费支出中抽油机占了相当大的比重。因此，对抽油机的机械系统和电气控制系统进行节能改造，可带来相当可观的经济效益。

安塞油田现有油井5 296口，开井4 731口。平均单井日产液4.16m3/d,单井日产油1.82t,含水49.0%，平均抽汲参数 Φ32mm×1.81m×4.6min-1×1 221m，抽油机以四型、五型、六型为主，占全厂抽油机97%，其中配备普通Y系列电机约占60%，装机容量约5 700kW。

2 功率需求分析

抽油机井系统效率是反映油井生产状态的综合性指标，抽油机的电机额定功率选择合理与否，直接影响抽油机系统效率的高低。在选择抽油机的电机额定功率时，既要考虑抽油机启动扭矩的要求，同时也要考虑抽油机波动负荷性的要求。

2.1 启动功率需求

油田抽油机负载是独具特点的时变负载：有动、静负载特性之分。启动状态要求拖动电机的启动力矩是抽油机实际负载的4～5倍，甚至更大，在一个工作周期内净转矩是一个随时间变化的交变负载，载荷波动非常巨大，有时会有负值载荷。因此，启动力矩是抽油机选电机的第一要素，为了满足峰值载荷的需求，必须配选较大功率的普通异步电机，在运行时有足够的过载能力，以克服交变载荷的最大转矩。

2.2 额定功率需求

通过应用地面效率回归方程来实现抽油机合理额定功率需求的分析。

2.2.1 建立地面效率的回归方程

抽抽油机的地面效率可由下式计算:

式中 η地—地面效率，%;

η电—电动机运行效率，%;

η机—抽油机的机械传动效率，%。

为便于研究，引入电动机的负载率及电动机名义负载率2个概念:

式中 β—电机名义负载率；

β1—电机负载率；

Nr—电机额定功率；

N光—光杆功率；

N—电机输出功率。

机械传动效率瓶在曲柄一转中的平均值几乎是常数，而与抽油机载荷大小无关。另外，电机运行效率η电主要取决于电动机的负载率β1，亦即取决于电动机的名义负载率 β(β=β1·η机)由上述分析可知，抽油机地面效率主要取决于电动机的名义负载率。根据大量测试的数据得到地面效率的回归方程为:

式中 a，b—回归系数，a=1.233 3，b=0.053 33。

2.2.2 确定光杆功率与选用电机的关系

抽油机运行时，如果电机额定功率满足上述关系，则实际抽油机井的地面效率基本在58%以上，因此，抽油机的地面效率合理的电动机额定功率应当在2个临界点区间内选择。那么采用双功率电机在实际生产中就可以比较好的满足启动需求大功率和实际运行小功率的关系。

3 现场监测分析

3.1 单井应用情况

H131-11井为例，原先使用普通Y180L-6电机，额定功率15kW，2011年9月份更换了型号为YTZ180L-8双功率电机，额定功率7kW和11kW。

3.1.1 设备的工作原理

（1）该双功率电机包括三相定子绕组、交流接触器。三相定子绕组A、B、C的每一相为两个分绕组a1与a2、b1与b2、c1与 c2串联， 其连接点有中间抽头U3、V3、W3，三相中每相绕组的三端引出线与两个交流接触器KM1和KM2的3个触点连接，在该电动机的电源线中连接一个负载监测器，其控制触点与线圈串联。从而实现利用负载检测器实时监测负载功率（见图 1）。

（2）该双功率电机配套有节能控制系统，检测到电机实际负载计算后反馈给执行操作的接触器。当抽油机启动后，电机负载变化，通过电流传感器实时将电机负载电流变化有关数据送到控制器，与设定的参数比对做出功率换档。

3.1.2 设备指标使用情况

安塞油田现场使用双功率电机的指标见表1。

3.1.3 测试数据详细分析

H131-11井原先使用Y180L-6电机，额定功率15kW，2011年8月测试了该井的系统效率等数据，9月更换了YTZ180L-8双功率电机，将现场的测试数据对比见表2。

分析：从表2的数据可以看出，地面效率由18.9%上升到58.6%，系统效率由12.3%上升到23.5%。该井现在的光杆功率为2.51kW，依据Nr=(2.8～5.0)N光，得到Nr=7.03～12.55kW，故理论说明了实际生产中采用额定功率在7～11kW的电机就可以实现地面效率提高的目标，同时也解释说明了在该井原先光杆功率1.07kW情况下，用原先电机出现地面效率很小的原因。

3.1.4 节能评价方法

（1）有功节电率的评价：双功率电机的有功功率与Y系列电机的有功功率进行节点对比，然后求比值。计算方法如下：

其中 SP—有功节电率，%

P1—Y系列电机的输入功率，kW；

P2—双功率电机的输入功率，kW。

（2）无功节电率的评价：双功率电机的无功功率与Y系列电机的有功功率进行节点对比，然后求比值。计算方法如下：

表1 双功率电机现场指标

表2 监测参数实测对比结果

其中 SQ—无功节电率，%；

Q1—Y系列电机的无功功率，Kvar；

Q2—双功率电机的无功功率，Kvar。

（3）综合节电率的评价：根据三相异步电动机经济运行标准[2]，S为综合节电率，%；KQ为无功经济当量，kW/kvar。当电动机直连发电机母线或直连己进行无功补偿的母线时取 0.02～0.04；二次变压取0.05～0.07；三次变压取 0.08～0.1。在油田抽油机电机都在三次变压以后,因此这里取0.09。计算方法如下:

（4）鉴用抽油机效率分析软件，可以看到该井电参数测试在一个周期内，电机有功功率、无功功率及轴功率的变化情况。

该井使用不同电机在一个周期内的电参数变化,其中,轴功率的平均值分别是3.61kW和4.59kW，由于游梁抽油机运行时扭矩是变化的，而且是在轻载范围内变化。因此，在额定功率情况下进行的节能对比分析是不全面的。正确的方法是把2种电机对应的不同负载运行点的节能效果进行对比。因此为了正确计算有功节电率、无功节电率和综合机电率，选取在轴功率相同情况下，用输入功率与输出功率的不同值进行计算。

目前，安塞油田对配装普通异步电机的低效井更换安装双功率电机的工作正在试点推广中，已经取得了一定的节能效果和经济效益。

4 效果评价

以H131-11为例，常规电机更换安装为双功率电机，综合节电率达13.7%，按每台电机更换费用9 061.7元，电价按0.6元计算，日节约电费14.5元，20.1个月可收回更换费用；如减除损坏电机正常维修费用4 398.6元，则10.4个月可收回更换费用。

目前，安塞油田对配装普通异步电机的低效井更换安装双功率电机的工作正在试点推广中，已经取得了一定的节能效果和经济效益。

5 结 论

通过对安塞油田H131-11井应用双功率电机的效果分析，对安塞油田推广应用双功率电机有以下几点的结论：

（1）双功率电机的安装使用比较简单，操作维护费用较少，与普通电机设备相比具有一定的节能优势。

（2）使用双功率电机也要在满足光杆功率与额定功率特定关系的前提下，才能更好发挥节能节电效果。

（3）使用双功率电机的节能监测评价需要采用正确合理的评价标准和方法，才能得到准确可靠的结果。

[

[1]GB/T 15320-2001节能产品的评价导则[S].

[2]董世民.抽油机井有效功率计算新方法的研究[J].石油机械,2003,31(10).

In oilfield enterprises,electrical drive equipment of mechanized oil production all belong to power motors,accounting for 80%of total electrical power consumption.In practical production,many power motors of pumping units are in the running state of light load,low efficiency and high consumption,with severe waste of electrical energy.Therefore,energy-saving and consumption reduction of electrical motors are the main direction for solving the problem of electricity-saving and consumption reduction and lowering the cost of oil production.Through the analysis of the relationship between the polished rod horsepower of pumping unit and the power rating of motor,combined with the on-site application effect of double power motor introduced and installed by Anse oilfield in 2011,its working principle and technological index are explained,and are analyzed and evaluated objectively and accurately according to the electrical energy parameter obtained from the field monitoring.

oil pumping unit;system efficiency;double power motors;energy-saving

张波（1985-），男，2007年毕业于西安理工大学，助理工程师，测控技术与仪器专业在读硕士。

��张箫铃

2012-02-26▏