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趙穎　張顯龍

[摘要]抽油機(jī)作為機(jī)械舉升的主要方式之一，其能耗的合理控制一直是困繞采油工程技術(shù)人員的難題。本文應(yīng)用機(jī)采井節(jié)能理論的研究成果，結(jié)合油田實(shí)際從管理角度上闡述了抽油機(jī)井實(shí)現(xiàn)節(jié)能的有效途徑之一，是常規(guī)電機(jī)的合理匹配。

[關(guān)鍵詞]節(jié)能電機(jī) 抽油機(jī)

中圖分類號(hào)：TE933.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）13-0022-02

0 引言

在完善了電機(jī)合理匹配理論設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)用該理論指導(dǎo)了部分井合理匹配的實(shí)踐，見到了較好的節(jié)能效果。為油田在管理節(jié)能上提供了有力的技術(shù)支持。

1 機(jī)采井節(jié)能的理論基礎(chǔ)

鑒于目前國(guó)內(nèi)機(jī)械采油井多應(yīng)用旋轉(zhuǎn)電機(jī)作為其動(dòng)力源的實(shí)際，在此著重探討機(jī)采井應(yīng)用旋轉(zhuǎn)電機(jī)節(jié)能的理論基礎(chǔ)。

1.1 節(jié)能電機(jī)簡(jiǎn)介

在國(guó)外對(duì)節(jié)能電機(jī)的通俗叫法是“高效率或高效電機(jī)”，而我國(guó)通常叫節(jié)能電機(jī)。高效電機(jī)：簡(jiǎn)單的說就是在制造上確保其運(yùn)行效率盡量的高，在借助于控制系統(tǒng)使其在高效率區(qū)間（85-95%）運(yùn)行的電機(jī)。

1.2 機(jī)采井拖動(dòng)裝置節(jié)能的理論基礎(chǔ)

機(jī)采井節(jié)能在理論上所追求的是“機(jī)采井的機(jī)械特性與電機(jī)特性間的合理匹配”，也就是說，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)采井運(yùn)行負(fù)載與電機(jī)輸出負(fù)載間的合理匹配。注意：匹配講的是設(shè)備機(jī)械扭矩與旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出扭矩之間的匹配，這點(diǎn)一定要注意，以往人們多認(rèn)為描述電機(jī)應(yīng)該用功率這是一個(gè)誤區(qū)。

1.2.1抽油機(jī)拖動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方法

在抽油機(jī)拖動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)中我們是依據(jù)滿足抽油機(jī)曲柄旋轉(zhuǎn)扭矩的要求來設(shè)計(jì)電機(jī)的。需要注意的是選擇電機(jī)時(shí)必須要考慮電機(jī)的扭矩。

①、均方根扭矩的計(jì)算方法

依據(jù)凈扭矩曲線計(jì)算其均方根扭矩

式中： Te—均方根扭矩 kN.m N—等分區(qū)間數(shù) —瞬時(shí)扭矩值

經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算結(jié)果，在示功圖的測(cè)試回放結(jié)果中就已經(jīng)計(jì)算完成，這為我們直接調(diào)用提供了方便，兩種方法的比對(duì)結(jié)果顯示，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的結(jié)果與凈扭矩曲線方法的計(jì)算結(jié)果其相對(duì)誤差在4%以內(nèi)，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的需求。

1.3 機(jī)采井拖動(dòng)裝置節(jié)能的設(shè)計(jì)原則

利用能量守恒原理不難看出：所謂機(jī)采井的節(jié)能實(shí)質(zhì)上是指“機(jī)采井的機(jī)械特性與電機(jī)特性間的合理匹配”，從而確保電機(jī)始終在高效區(qū)域運(yùn)行。客觀的講，就常規(guī)的Y系列電機(jī)而言，當(dāng)其在高效區(qū)域（85-95%）運(yùn)行時(shí)，我們通常所說的節(jié)能設(shè)備對(duì)其節(jié)能是不起什么作用的。

1.3.1 一體化抽油機(jī)節(jié)能拖動(dòng)裝置：

指電機(jī)具有多速、多功率或超高轉(zhuǎn)差率等特性，并配有專用（實(shí)現(xiàn)電機(jī)上述特性）的控制柜，此時(shí)的合二或合三（含特殊變壓器）為一才能稱之為一體化，而并不是將配電箱裝在電機(jī)上就叫一體化。

1.3.2 抽油機(jī)井的節(jié)能拖動(dòng)裝置應(yīng)滿足的條件

在綜合考慮了抽油機(jī)的機(jī)械特性、電機(jī)的特性及其節(jié)電率的情況下，我們認(rèn)為在選用抽油機(jī)節(jié)能拖動(dòng)裝置時(shí)應(yīng)考慮如下幾個(gè)問題：為有效的延長(zhǎng)抽油機(jī)的使用壽命，要求其配套的拖動(dòng)裝置應(yīng)具備較軟的啟動(dòng)特性，為確保供排關(guān)系的平衡，要求其配套的拖動(dòng)裝置在啟動(dòng)后的正常運(yùn)行中其轉(zhuǎn)速基本恒定，具備根據(jù)抽油機(jī)井的工況，自動(dòng)調(diào)整其輸出功率的功能，以達(dá)到其最佳的合理匹配，盡量選用磁級(jí)數(shù)≥8的電機(jī)，以確保其扭矩足夠大，適當(dāng)降低裝機(jī)機(jī)座號(hào)（裝機(jī)功率）。

2 電動(dòng)機(jī)星-角接線轉(zhuǎn)換應(yīng)用的理論基礎(chǔ)

針對(duì)目前油田在用抽油機(jī)井存在大馬拉小車問題較多的實(shí)際，我們從理論上探討了應(yīng)用電動(dòng)機(jī)星角接法轉(zhuǎn)換，達(dá)到使其與負(fù)載近似匹配的可行性。

2.1 接線方法的改變

電動(dòng)機(jī)星角接法轉(zhuǎn)換，是根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載變化情況，用改變繞組接線方式來調(diào)整電壓，使其與負(fù)載近似匹配，從而達(dá)到一定的節(jié)電效果。當(dāng)電動(dòng)機(jī)滿載時(shí)，負(fù)載率大于40%，應(yīng)用角形接法，全電壓（380V）運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)，負(fù)載率小于40%，應(yīng)用星形接法，繞組在220V電壓下運(yùn)行。

2.2 實(shí)現(xiàn)星-角的理論依據(jù)

由于本文探討的為非自動(dòng)的星-角轉(zhuǎn)換，即需要給出直接采用星運(yùn)行的條件，要求實(shí)現(xiàn)星運(yùn)行后電機(jī)不能過載，同時(shí)又能夠?qū)崿F(xiàn)合理匹配。

2.2.1 適用場(chǎng)合

應(yīng)用星—角接法對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)電轉(zhuǎn)換，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）星角形接法屬電動(dòng)機(jī)調(diào)壓，只能用改變繞組接線方式來調(diào)整運(yùn)行電壓，即只能380V、220V跳躍變換，不能隨負(fù)載率變化任意調(diào)整電壓。

2）電動(dòng)機(jī)繞組角接轉(zhuǎn)換為星接后，電壓降為原電壓的；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，降為原起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的1/3。

2.2.2 關(guān)于星—角轉(zhuǎn)換電機(jī)功率的確定

①交流電路中的電功率

在交流電路中電功率分為視在功率S，有功功率P和無功功率Q。

其中：

②有功功率的計(jì)算

對(duì)于恒定的負(fù)載而言，在功率因數(shù)一定的條件下（實(shí)際上△接與Y接中的不可能相等）。

a假設(shè)負(fù)載恒定，△接與Y接中的相等則：

結(jié)論：是否具備角接直接變?yōu)樾墙拥臈l件是：這種方法適用于電動(dòng)機(jī)繞組角接，接線盒有6個(gè)接線柱，處于輕載運(yùn)行或滿載—輕載交替運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)。角-星形接法轉(zhuǎn)換只需對(duì)電動(dòng)機(jī)一、二次接法略為改動(dòng)，改法簡(jiǎn)單，可有效地避免大馬拉小車的不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

3 常規(guī)電動(dòng)機(jī)合理匹配的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為了進(jìn)一步提升我隊(duì)機(jī)采井的管理水平，本著確保抽油機(jī)井經(jīng)濟(jì)、安全、平穩(wěn)運(yùn)行的原則，對(duì)我隊(duì)抽油機(jī)井電機(jī)的匹配情況進(jìn)行了詳細(xì)分析結(jié)果。我隊(duì)抽油機(jī)井在用電機(jī)的匹配情況不容樂觀，主要存在兩類問題，一是大馬拉小車井15口，小馬拉大車井2口。結(jié)合目前實(shí)際，提出A井與B井進(jìn)行電機(jī)調(diào)整。

3.1 A井與B井現(xiàn)狀

A井在用機(jī)型為CJ-A型，使用沖程3.6；使用沖次8，在用電機(jī)為DJ-A型，名牌功率55kW，抽油泵為CA型；

B井在用機(jī)型為CJ-B型，使用沖程4.2；使用沖次10，在用電機(jī)為DJ-B型雙速可調(diào)電機(jī)，名牌功率20 /30kW，抽油泵為CB型。

目前，A井在用的是節(jié)能電機(jī)，一直處于超負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)入伏天后，此井存在燒電機(jī)的隱患；而B井又是大馬拉小車，上述兩井具備實(shí)施電機(jī)逐級(jí)匹配的條件，對(duì)A井與B井的電機(jī)進(jìn)行互換。

3.2 電機(jī)調(diào)整設(shè)計(jì)結(jié)果

應(yīng)用抽油機(jī)拖動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方法的理論，對(duì)A井與B井的電機(jī)對(duì)調(diào)情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)，情況如下：

從上述計(jì)算結(jié)果中可以看出，A井與B井的電機(jī)對(duì)調(diào)是合理的。

4 結(jié)論

（1）為有效的延長(zhǎng)抽油機(jī)的使用壽命，要求其配套的拖動(dòng)裝置應(yīng)具備較軟的啟動(dòng)特性；

（2）為確保供排關(guān)系的平衡，要求其配套的拖動(dòng)裝置在啟動(dòng)后的正常運(yùn)行中其轉(zhuǎn)速基本恒定；

（3）盡量選用磁級(jí)數(shù)≥8的電機(jī)，以確保其扭矩足夠大，適當(dāng)降低裝機(jī)機(jī)座號(hào)；

（4）電機(jī)的合理匹配，是實(shí)現(xiàn)機(jī)采節(jié)能的有效途徑之一；