电控换向型无游梁式抽油机的能耗监测与节能效果

孙守渊 王艳丽 陈勇 郭霄 曹伟

（1.中国石油玉门油田分公司钻采工程研究院；2.中国石油玉门油田分公司方圆物业管理有限责任公司；3.中国石油玉门油田分公司规划计划处）

电控换向型无游梁式抽油机的能耗监测与节能效果

孙守渊1王艳丽2陈勇3郭霄1曹伟1

（1.中国石油玉门油田分公司钻采工程研究院；2.中国石油玉门油田分公司方圆物业管理有限责任公司；3.中国石油玉门油田分公司规划计划处）

针对近年来电控换向型无游梁式抽油机的普及，在研究了其结构原理和能耗特点的基础上，制定能耗监测方法。经现场实验证明，该方法满足电控换向型无游梁式抽油机能耗评价需要；同时，对电控换向型无游梁式抽油机节能效果进行了评价。

无游梁式抽油机；能耗；监测

随着世界油气资源的不断开发，开采油层深度逐年增加，石油含水量也不断增加，为了减少能耗，提高经济效益，一般都采用长冲程、低冲速的采油方式。而在油田的采油设备中，游梁式抽油机应用最为普遍，数量也最多。大量的游梁式抽油机难以实现长冲程、低冲速、平衡度精确的要求，运行在低效率区，造成能源浪费，设备损耗严重，给油田带来巨大的经济损失。因此，研制平衡度精确的新型节能抽油机，使抽油机的参数更好地适应地上、地下工况，提高采油系统的效率，节约电能，降低开采成本成为主要研究方向[1-6]，从而应运而生了具有精确平衡度和低能耗的电控换向型无游梁式抽油机。这一新型节能抽油机的出现，给机械采油系统能耗监测提出了挑战。针对这一问题，全面学习了电控换向型无游梁式抽油机的结构、原理、能耗特点后，制定出电控换向型无游梁式抽油机能耗监测和计算方法，并与游梁式抽油机比较评价了其节能效果。

1 结构

电控换向型无游梁式抽油机主要由复式永磁电动机、立柱、皮带、悬绳器、滑轮组、后平衡装置和智能电气控制柜装置等组成。其具体结构见图1。

图1 电控换向型无游梁式抽油机结构

2 工作原理

电控换向型无游梁式抽油机采用复式永磁同步电动机作为抽油机的原动力，圆形立柱机架高位支撑，一侧通过柔性皮带悬挂配重，另一侧也通过柔性皮带连接带动抽油杆，抽油杆和配重形成了天平式的平衡，相互不断地交换储存和释放势能。变频控制系统控制复式永磁同步电动机的转速、启停和换向，电动机的外转子作为皮带卷轴，通过固定安装在塔架平台上滑轮组，将皮带组一端与抽油机悬绳器、光杆连接，另一端与内部装有平衡块的平衡箱连接，实现运行过程中提液与配重的平衡抽汲。抽油机运行上冲程时，电动机外转子旋转，提升抽油杆柱、泵和液；同时，另一端平衡箱下行，当平衡箱下行到设定冲程位置时，触发位置传感器，将信号反馈给电控系统，系统迅速发出减速、换向指令，使电动机减速、更换旋转方向，结束上冲程，开始下冲程。平衡箱行走导轨垂直连接在塔架上，由平衡箱上固定的滚轮在导轨上直线往复行走，实现高精度轨迹行走。始终如此循环，实现抽油机带动抽油杆柱、抽油泵抽汲油液。

3 性能特点

以WCYJD14-8-40Z型无游梁式抽油机为例：额定悬点载荷140 kN；最大冲程8 m；额定起重量40 t；最高冲速3 min-1；电动机额定功率24 kW；额定扭矩11.5 kN·m；额定电压380 V；最大额定单边提升质量5 t（1 min内）；整机最大质量（不含配重）11 t。最大冲程可达8 m、最低冲速0.5 min-1，突破了游梁式抽油机最大冲程和最低冲速的局限；配重块落地，调平衡时能够安全、迅速地完成，实现了精准平衡度调整要求；应用数字化控制的永磁同步制动电动机技术，能够柔性启动、加速、减速、超低速运行，避免了抽油机换向启动的机械冲击，做到了抽油机只保养无大修，延长了抽油机的使用寿命。运用程序自动控制和变频调速技术，调整参数简便易行，无级分别调整上下冲速，实现了现代智能化采油。电控换向型无游梁式抽油机与游梁式抽油机性能对比见表1。

4 能耗监测

电控换向型无游梁式抽油机能耗监测如图2所示进行现场测试：测试点①测试电动机输入端电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、最大功率、最小功率、上下冲程最大电流；测试点②测试示功图、冲速；测试点③测试动液面深度、油压、套压；测试点④测试产液量、含水、液体密度；其他记录参数为抽油机型号、额定冲速、额定冲程，电动机型号、额定功率、额定电流、额定电压、额定转速、制造日期，配电箱型号、制造单位、泵挂深度等。

表1 电控换向型无游梁式抽油机与游梁式抽油机性能对比

图2 电控换向型无游梁式抽油机井测点示意

4.1 效率

按照GB/T 5264—2012《油田生产系统能耗测试和计算方法》规定计算电控换向型无游梁式抽油机地面效率、井下效率和系统效率[7]。

4.2 精确平衡度

4.2.1 精确平衡度概念

抽油机运行时下冲程最大功率与上冲程最大功率差值的绝对值，与上下冲程最大功率中较大的功率的比值；或抽油机运行时下冲程最大电流与上冲程最大电流差值的绝对值，与上下冲程最大电流中较大的电流的比值，以百分数表示[8]。

4.2.2 精确平衡度计算方法

按式（1）或式（2）计算：

式中：B——抽油机井精确平衡度，%；

NDmax——下冲程最大功率，kW；

NUmax——上冲程最大功率，kW；

IDmax——下冲程最大电流，A；

IUmax——上冲程最大电流，A。

4.3 指标要求

电控换向型无游梁式抽油机电动机功率因数和系统效率按照GB/T 31453—2015《油田生产系统节能监测规范》规定的指标要求进行评价[9]；精确平衡度评价按照表2的指标要求进行评价。

表2 精确平衡度指标要求

5 能耗监测实例与节能效果

在采油厂选取了8口安装CYJQ14-6-73HPB型游梁式抽油机的井为监测对象。在井下杆柱组合不动的情况下，直接把抽油机更换为WCYJD14-8-40Z型电控换向型无游梁式抽油机进行测试、计算和评价。并且按照SY/T 6422—2016《石油企业用节能产品节能效果测定》规定的能效比对测试法[10]，对电控换向型无游梁式抽油机的节能效果进行了评价。详细的能耗监测情况和节能效果见表3。

由表3可知，电控换向型无游梁式抽油机与游梁式抽油机相比，平均功率因数提高了0.068 6，平均系统效率提高了3.39%，有功节电率20.43%，无功节电率38.61%，综合节电率21.47%。其中，6台电控换向型无游梁式抽油机精确平衡度与平衡度判定结果一致；2台（YK1-3和YK1-15）判定结果不一致，平衡度判定合格，精确平衡度判定不合格，说明精确平衡度要求更高，更能够挖掘节能潜力。

表3 电控换向型无游梁式抽油机的能耗监测情况和节能效果

6 结论

1）通过现场实践测试，电控换向型无游梁式抽油机的电动机功率因数、效率和精确平衡度评价适用于电控换向型无游梁式抽油机的能耗监测。

2）电控换向型无游梁式抽油机的精确平衡度计算评价，满足抽油机朝着精确平衡方向的发展平衡度评价要求，能够挖掘更多的抽油机节能潜力，推动低能耗节能型抽油机的发展。

3）电控换向型无游梁式抽油机与游梁式抽油机对比的实例表明，电控换向型无游梁式抽油机具有一定节能效果。

[1]孙守渊，陈勇.机采系统节能潜力的研究[J].石油石化节能，2016，6（1）：18-21.

[2]刘树义，毕宏勋，张新霞.冀东油田机械采油系统效率的研究[J].石油规划设计，2006（9）：1-4.

[3]李兴，康成瑞，邹俊松.低渗透油田机采系统效率影响因素分析[J].石油和化工技术，2008（3）：14-17.

[4]薛瑞新.提高机采井效能技术研究与应用[J].科技资讯，2007（31）：14.

[5]赵玉明.提高抽油机井系统效率配套节能技术研究[J].节能技术，2009（5）：474-475.

[6]孙守渊，李亚军，王艳丽.变频技术对抽油机的节能影响[J].中国高新技术企业，2008（2）：73-74.

[7]国家能源局.油田生产系统能耗测试和计算方法：SY/T 5264—2012[S].北京：石油工业出版社，2012：1-12.

[8]国家能源局.无游梁式抽油机:SY/T 6729—2014[S].北京：石油工业出版社，2014：1-16.

[9]国家质量监督检验检疫总局.油田生产系统节能监测规范：GB/T 31453—2015[S].北京：石油工业出版社，2015：1-3.

[10]国家能源局.石油企业用节能产品节能效果测定：SY/T 6422—2016[S].北京：石油工业出版社，2016：1-3.

2017-05-20

（编辑 张兴平）

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.10.007

孙守渊，高级工程师，2003年毕业于兰州理工大学（金属材料工程专业），从事油田节能监测工作，E-mail：ymsunsy@petrochina.com.cn，地址：甘肃省酒泉市肃州区石油基地档案楼812室，735019。