油田开发生产运行中的抽油机电机节能降耗措施

油田开发生产运行中的抽油机电机节能降耗措施

钟瑞

中国石油吐哈油田公司  新疆哈密839099

摘要：在油田以泵站为主体的石油开采方法和能源消耗占了很大比重。目前，我国大部分的电机都是以“大马拉小车”的方式运行，导致了其运行效率低下。中、小型三相感应电机是电力消耗的主要来源，其能耗高达35%左右。通过对水泵电机能量消耗大、效率低的成因进行了剖析，并对近年来油田生产企业在水泵机组分配装置上所采用的节电方法进行了详细的实验和评估，并对其进行了详细的实验和评估，得出了一些切实可行的方法，从而达到了良好的节电、降耗的目的。

关键词：油田；抽油机电机；节能降耗

0、引言

在油田的各个采油工厂中，电机是石油生产的最重要的动力来源，它在油田的生产和生活中有着非常重要的作用，机械采油、注水、油气集输三大系统的电力驱动装备基本上都是电机，因此，电机是油田的最重要的用电设备，它占了总消耗的80%。常规的抽油机具有启动冲击大、运转能耗高、大马拉小车、效率低等特点，再加上油井条件复杂，稠油和结蜡现象频发，断杆、烧电机等现象时有发生，电机不具备可靠的防护能力，装置的维护工作量巨大。在实际的工作过程中，许多电机因其自身的管理和技术原因而处于轻载、低效和高能耗的工作工况，造成了较大的电力浪费。所以，对水泵电机进行节电降耗，降低生产成本，是目前油田开发中亟待解决的问题。

1、影响抽油机井电机能耗的因素分析

1.1老化的电机数目依然很大

由于长期的运行，一些电机的内部材质发生了很大的变化，有的电机的寿命甚至达到了20~30年；还有一些电机的生产技术属于过时的、被淘汰的技术，各种技术指标都比新电机低的多。不管是电机过老，或者是生产工艺落后，都会导致电机的操作负荷增加，电机的效率降低，电机的损耗也比新装或新的电机要大得多。

1.2电机的配合和操作设定不合理

在机械设备与电机匹配方面存在着不合理的地方，具体表现为：形状选用不合理、容量选用不合理、转矩和转速选用不合理等问题。此外，机动设备的使用者也因为对设备的选用不合理，以及使用不合理的操作方法，导致了有很多的电机都处在低效率的运转状况中。许多电机在选择时未仔细考虑，造成了电机实际运行后与电机的额定功率相对应的电机的功率要么太大（大马拉小车），要么太小（小马拉大车）。其中，“大马拉小车”使得电机损失更多的部分空载损失；但是，“小马拉大车”的工作方式又会造成电机超载，造成电机负载过重、温度升高，从而降低电机的工作寿命。

1.3某些特定的过程或开发的需求

特定过程和需求对电机的高能耗、低效率运转有很大影响：①石油开采系统。因其特有的操作需求，与之相配的电机不仅要达到最大行程，最大冲次，最大容许挂重这三个条件，而且还要具备一定的堵转转矩，才能解决抽油机在起动时出现的剧烈的静态不平衡问题。所以，在设计时，通常对抽油机装置的装车余量都有很大的要求。例如，6型抽油泵配用Y200L-6/185 kW,10型抽油泵配用Y250M-6/30 kW等等，但其实际动力远小于其标称动力。所以，在选择水泵电机时，经常会把大功率电机装在电机上，增大电机的空载损失；同时，由于抽油泵特有的负载波动特性，致使电机产生大量的不必要的能量，从而造成了整个生产系统及电机的运行效率低下。②抽水机。基于油田为了扩大输油注水站点的容量，有些情况下，为了适应今后发展的需求，在泵及电机的选择上，往往会采用以大带小的方式。但是，许多站点的输油量或注水量都比较小，或者是持续萎缩，导致原有的泵机组的配置太大，变成了“大马拉小车”，而且，更多的情况下，这种情况不能马上改变，会导致比较严重的电能损耗[1]。

2、抽油机电机节能降耗对策

2.1选择效率高、节能型或专用电机

将老化、过时的、不合格的电机予以淘汰。高效能节能型电机的电机损失只有普通电机的十分之一，但电机的效能远比普通电机高，是替换旧式电机的第一选择。① PMSM。用于抽油机的 PMSM是一种与 ACM相似的、通过转子经 AC起动并经牵引进入同步性起动的同步电机。该电机的工作原理是通过定子绕组在空气间隙内形成的转动磁场和转子上的磁铁之间的互相引力，使得转子随空气间隙内的磁场同时转动而做功。由于采用了等效的转子阻抗回路，因此具有较高的功率因数和较低的空载损耗。与三相感应电机相比，该电机的效率可达到96%。② DC电机。由于直流电机具有良好的调节能力，所以它的机械与速度都是线性的，这一特点是其他类型的交流电机所不具备的。同时，该电机还具有启动力矩大，效率高，速度快，动态性能好等优点。③其它特殊类型的电机。对于具有特定工艺要求的设备，它们对电机某一方面的性能的需求存在差异，因此应该与实际情况进行相应的组装，从而尽可能地降低因为使用普通电机来弥补专用电机性能而导致的额外的电机电耗[2]。

2.2正确匹配电机功率

在选用电机时要考虑如下两个方面：①电机的功率太低，容易产生“小马拉大车”的情况，导致电机的长时间过载，引起其绝缘受热而受损，严重的还可能导致电机的烧毁。②选择太高的电机，会产生“大马拉车”的问题。由于其所产生的机械功率无法被有效地使用，导致了系统的功率因子低，效率低，不仅危害了用电设备的安全运行，还导致了大量的电力资源的浪费。若电机的实际运行电流低于牌子上标明的额定值70%，说明电机的电源选择太大（如“大马拉小车”），就应该用更小的电源代替。若测量到的电机运行电流大于其标示的额定值40%，说明电机的电源选择偏低（即“小马拉大车”，应该更换更高的电源。

2.3采用软启动变频设备或者设置节电设备

目前，异步电机普遍使用的是直接或普通的起动方式，全压起动电流为5-7倍，这不但会造成较大的损失，还会对电网产生较大的影响，同时还会产生较大的机械摩擦和振动泄漏。若采用变频器，则可将启动电流控制得极少，甚至在全负载情况下，仅略高于额定值，且损失较少，且不会对电力系统和机器造成影响[3]。

3、结语

现在，最常用的电机是交流电机，大约占据了所有种类电机的85%，这种电机具有结构简单、价格低廉、不需要维护等特点，但是其缺点就是调节速度比较难，所以在很多的应用领域中都存在着局限性，或者需要依靠机械手段来调节速度。使用变频器进行调速信号传递快、控制系统时滞小、反应灵敏、调节系统控制精度高、使用方便、有利于提高产量、保证质量、降低生产成本。因此，使用变频器是企业节能降耗的首选产品。

参考文献

[1] 冯子明,张金东,顾慧彬,等. 抽油机用电动机节电特性试验研究[J]. 石油矿场机械,2013,42(7):55-58. DOI:10.3969/j.issn.1001-3482.2013.07.016.

[2] 王曼,王林平,魏立军,等. 降低抽油机井地面能耗技术在安塞油田的应用[J]. 节能技术,2013,31(3):281-284,288. DOI:10.3969/j.issn.1002-6339.2013.03.023.

[3] 崔旭明,韩道权,吕亚平,等. 渐开线节能抽油机的设计准则[J]. 大庆石油学院学报,2003,27(2):96-98. DOI:10.3969/j.issn.2095-4107.2003.02.031.