抽油机节电技术的研究及应用

抽油机节电技术的研究及应用

李永新 1 赵世龙 2 王连杰 3 袁哲 4

1玉门油田分公司机械厂 甘肃省酒泉市

2玉门油田分公司油田作业公司 甘肃省酒泉市 735000

3玉门油田分公司环庆分公司 甘肃省酒泉市 735000

4玉门油田分公司炼油化工总厂 甘肃省酒泉市 735000

摘要：在我国石油生产中，大多数采用机械采油方式，主要分成电泵井和抽油机采油两种，其中抽油机采油的占比更大。而抽油机采油因为其负载的特殊性，抽油机电动机轻载运行导致配电网运行效率整体较低。为节约用电同时又能保证配电网正常工作，油田在抽油机采油上采取了一些改进措施。本文将在分析抽油机结构和工作原理的基础上，对几种效果较好的节电方式进行简单介绍。

关键词：抽油机；节电技术；节电控制器；无功功率就地补偿；永磁同步电动机

1抽油机的结构和工作原理

抽油机分成机械部分和电气部分，电气部分由三相异步电动机和控制电路构成。三相异步电动机功率在几十千瓦，带动抽油杆往复运作，使原油从地下抽到地面。抽油杆负载一般较轻，但是在上升时要将原油抽到地面所以负载很重，也就是说抽油机在采油过程中其负载是一直在变化的，且变化周期较短，往往几分钟就发生了多次变化。在实际采油时随着采油深度的加大，而地下原油储量又在减少，抽油机工作时重载次数减少而轻载次数增多。为了平衡电动机负载，减少电动机因重载运行带来的压力，可通过平衡块缓和负载变化，但因为平衡块的位置需要在新井投产时才能确定，所在开采不断深入的过程中井下负载发生变化，当负载减轻以后平衡块也会受到影响。抽油机在启动时还要考虑平衡块功率，在进行设计的时候就要注意抽油机电动机的功率不能留有较大的功率裕度，否则在工作时可能出现卡死的问题。从电机学理论来讲，电动机轻载运行时有功损耗和无功占用时间增大，导致整个油田配电网运行效率和功率因数降低。同时因为抽油机电动机功率配置较大，所以变压器的容量也会增大，导致电线线路的损耗变大。

2抽油机节电技术研究

2.1 抽油机节电控制器

为解决抽油机配套电动机运行效率不高、损耗较大的问题，各个油田采取了各种各样的节电措施，市场上也出现了不少节电设备，这些节电设备主要是对抽油机控制电路进行改造，可被称之为抽油机节电控制器。

抽油机节电控制器可分成空抽控制器和调压控制器两种，其中空抽控制器是为避免抽油机发生空抽或少抽现象的节电产品。随着采油深度的加大，地层压力下降，抽油机每一次抽取都可能存在空抽或少抽的问题，而通过空抽控制器的应用可利用微电脑控制技术自动检测出油井的实际负荷，在轻载或空载运行时能自动控制抽油机停下来，只有在原油储量满足连续满抽要求时才会再次启动工作。对抽油机工作模式的调整，使机械运行变成动态智能化的运行，可保证抽油机每次抽取都是满载满抽模式，减少无用功，减少了低效或无效抽油，从而达到节电高效的目标。此外，抽油机调压控制器的作用是解决抽油机配套电动机不合理运行的问题，电动机运行时的电网电压恒定，在这种情况下电动机的励磁电流也是恒定的。当轻载运行时，电动机输出转矩和负载转矩平衡，定子电流中的有功分量减少使功率因数降低，和定子电压相关的损耗又基本保持不变导致运行效率下降。这时适当地下降电动机定子电压，可降低励磁电流和有功损耗，同时又可保证电动机正常工作，而使配电网功率因数和效率都有明显的提高。调压控制器是效果较好的节电产品，可有效减少电动机的有功损耗，提高运行效率，减少电能浪费的效果明显。但是调压控制器输出波形较差，一般调压电路都是移相控制方式或斩波控制方式，输出的波形不完整，含有较多的高次谐波且负载越轻则输出波形越差，谐波成分也越大。而谐波的存在不但会产生谐波干扰、污染整个油田配电网，影响电网通讯，而且还会在电动机内产生附加损耗。所以在使用调压节电控制器时还要做好对谐波的处理。在实际生产时要结合油井具体情况和当地的环境合理选择节电器，以达到最理想的节电效果。

2.2 无功功率就地补偿

抽油机配套电动机大多数采用三相异步电动机，并设置有平衡块。在停机时平衡块在最低位置，所以在启动时需要较大的启动转矩，这时就必须选择容量较大的电动机。而电动机直接启动，变压器容量和实际负荷之间相差较大，导致无功功率增加、使整个配电网功率因数下降，对供电效能产生十分不利的影响。这是因为当配电网功率因数下降以后，系统·中输送的无功电流将变大，就会对电力系统造成不利，将引起线路损耗、电能供电质量下降等问题。

为降低线路损耗、提升供电的质量，可采用并联电容器进行就地无功补偿来减少系统中的无功电流。无功补偿分成就地补偿和集中补偿两种，其中就地补偿是就地为用电设备直接提供无功功率，无需经过输电线路，所以效果较好。而集中补偿是在变电所出口处加设补偿电容来代替电网向用电设备提供无功功率，其优点是电容器利用率加高且初期投资较少，也便于后期的维护和管理，但是补偿电容所提供的无功功率表是通过输电线路提供的，补偿效果欠佳。

2.3 永磁同步电动机

抽油机电动机大多数采用的是三相异步电动机，虽然构造简单且工作可靠、成本较低，也利于维护，但是其过载能力低、功率因数低，尤其在轻载或空载时功率因数非常低，直接造成电网损耗加大、产生更多的生产成本。为彻底解决采油机电动机功率配置过大和自然功率因数较低的问题，可采用永磁同步电动机来代替三相异步电动机。永磁同步电动机不仅运行效率高，而且运行的功率因数较高，其启动时的力矩较大、过载能力很强、装机功率又低，能有效降低电动机的运行损耗，提升节电效果。此外，专用高效的永磁同步电动机在有运行后自然功率因数升高，完全可省去补偿电容器的使用，从而减少了补偿设备的投资和维护费用。

3结语

综上所述，对文中几种节电技术进行分析可得，在地层压力较低、空抽或少抽问题严重的抽油井中适合用空抽节电器，在专供线路的抽油机中适合用调压节电器。而在供电线路较长且带油井较多的情况下最好采用无功功率就地补偿方式。在新开发区域进行采油时适合用永磁同步电动机来代替三相异步电动机。但是这几种节电技术的应用范围并不绝对，在实际生产作业时还要综合考虑供电情况、采油井实际环境情况等，另外应做好经济评价，然后选择经济高效且安全可靠的节电措施。

参考文献：

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[2]郝云庆.抽油机节能技术探讨[J]. 化学工程与装备，2018（07）：36-37.

[3]赵南京，刘世英，同鸿文.探讨抽油机采油系统节能技术[J]. 中国机械，2014（23）：45-46.