3中石油西南油气田分公司川西北气矿江油轻烃厂 621700）
摘要：在我国石油开采过程中，抽油机的使用最为常见，但它也是采油过程中耗能严重的设备，约占油田用电量的30%左右。因此亟需解决抽油机系统能耗大、效率低的实际问题。本文根据油田抽油井单井液量的现状，应用节能传动装置及无功补偿柜和智能变频控制技术，达到提高泵效增加产量和节能的目的。现场应用60井，节能效果显著，年节约电费100.6万元。
关键词：智能变频 节能传动 抽油机电机 无功补偿
引言：在我国石油开采过程中，电力成本大约需占操作成本的四分之一以上，而在油田广泛应用的抽油机的用电量约占了电力成本的三分之一以上，这样算来抽油机的用电量约达原油开采操作成本的百分之八到百分之九。在国际油价持续低靡的今天，更应加强节能技术研究，降低原油开采成本。虽然抽油机是电能消耗大户，但同时它也是节能研究的潜力股。尹喜永，姜凤军等人通过理论研究和统计分析的方法研究了产液指数的变化规律，得出抽油机载荷的变化规律，结合节能设备特性完善功率等计算方法，调整抽油机选型技术界限，实现节能降耗目的；刘刚，陈志伟等人提出通过管理创新与技术创新的概念来达到节能降耗目的；刘庆，李明等人结合抽油机的结构和原理，对抽油机的工作方式进行了分析，针对配套电机的降压节能技术运用进行了总结。目前人们较少探讨应用抽油机节能新技术和新产品来提高机械采油系统的效率达到节能降耗目的。本文将以三塘湖抽油井单井液量低的现状为背景，应用节能传动装置及无功补偿柜和智能变频控制技术，达到提高泵效增加产量和节能的目的。
1创新研究方向
三塘湖油田随着开发的深入，目前平均单井产液量下降至3m3/d，地面参数虽下调却仍无法与产液量配套，抽油井系统效率仅为21.2%，而且机械采油耗电量占全厂40%以上。因此，机械采油系统存在着巨大的节能潜力。应用抽油机节能新技术和新产品是提高机械采油系统效率和节能降耗的重要途径。
在抽油机采油系统中，电动机和平衡部分提高能效的潜力较大，是系统节能研究的主要方向。通过抽油机采油系统能量传递与损失示意图（如图1所示）能清楚的看出能量损失的主要方向。
2创新节能措施
2.1智能变频控制柜
随着变频技术发展日渐成熟，在石油开采管理中引入抽油机变频控制柜的单位也越来越多，以抽油机的工作运行特点为基石，结合了传感技术，计算机控制技术，模糊算法，信息集成及变频调速技术而设计的抽油机变频控制柜，可以说是变频技术智能化的体现，能有效提高机械采油效率，发挥控制能耗的目的。
2.1.1智能变频控制柜工作原理
智能变频控制柜工作原理：实时采集抽油机井一个周期的功图、冲程、冲次、载荷、压力、转速、电参量等参数，通过RTU无线通讯通道传输到数据中心的服务器上，并与数据中心的油井系统数学模型进行有效分析比对，诊断出油井工况和存在的问题，通过相关的软件对采集参数进行优化设计，再将优化后的参数转化成变频指令使变频调速单元与负荷电动机获得最佳匹配。
2.1.2 智能变频控制柜关键技术及创新点
（1）油井变频控制
智能变频控制柜中的动态调节装置能通过输入最小载荷，最低，最高或者正常频率的方式来分析处理示功图和采集载荷。当它处在最低和最高的频率范围内时，变频控制柜可采用分段式的工作模式，即上下半段分段工作，上半段运行速度快，下半段运行缓慢，这样可有效避免空抽，进而提升设备的工作效率，增加产量，实现降本增效。
（２）电能回馈与优化配置
在油田的采油过程管理中，常利用的变频控制柜是抽油机能量回馈智能变频控制柜，与常见的变频控制柜相比，这种能量回馈式智能变频控制柜实现了变频控制柜与永磁电动机的结合，通过永磁电动机的工作与否能把再生电能转化为交流正弦波，通过滤波器将电能回返给电网，增加了电能的利用率，实现电能的二次利用，降低了使用成本。经由节能技术改造后的电磁调速电机在控制旋钮调至最大，变频器频率调至最低档时，就可以完成正常冲次。
3应用效果分析
3.1 智能变频控制柜应用效果分析
在三塘湖采油厂安装应用30台抽油机井智能控制柜。从测试数据看，与工频运行相比，变频运行时功率因数平均提高24%，平均综合节电率达20%，增产节能效果较好。节能效果可参见下表3.1智能变频控制柜节电率评价表。
3.2节能传动装置应用效果分析
三塘湖采油厂安装应用60台抽油机井节能传动装置及无功补偿柜。从测试数据看，冲次降到2.1次/分，功率因数平均提高28%，平均综合节电率达30%，节能效果显著。具体节能参数可参见下表4.2节能传动装置节电率评价表。
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3.3经济效益
三塘湖采油厂应用30台智能变频控制柜和60台节能传动装置共节约电费100.6万元，成本回收期平均为3.44年。节能成本分析见下表4.3.
4结论及建议
（1）智能变频控制柜在保留常规抽油机井配电柜全部功能的基础上，通过增加对功图、压力、电参等参数连续采样，对电机、抽油机、抽油泵工作状况进行综合诊断，通过自模拟学习对变频参数进行精细化优化，实现抽油机智能化闭环控制，达到产量和节能效益最大化。
（2）节能传动装置适用于单井产量低，泵效范围在5%-25%，且冲次较低的抽油井，不仅提高了抽油井泵效，还减轻了传动部分、井下管杆柱及泵疲劳及磨损，延长了使用寿命和维护周期。
（３）在实际才有管理过程中，应以抽油机的工作特性为基础，在抽油机的科学管理上下功夫，在保障抽油机的稳定性与可靠性的前提下进行节能降耗，增加经济及社会效益。在抽油机变频控制柜和节能传动装置的应用中，仍存在许多节能问题需要我们不断探索改善。
参考文献：
[1]尹喜永，姜凤军等.低渗透油田抽油机节能技术研究与应用[J].中外能源，2007.6
[2]刘刚，陈志伟等.抽油机节能创新方法的研究与应用[J].中国化工贸易，2013.1
[3]刘庆，李明等.浅谈抽油机配套电机降压节能技术运用[J].中国石油石化，2016.2
作者简介：
唐胜菊（1985-）女，汉，四川江油人，助理工程师，主要研究方向：计算机辅助机械制造
论文作者:唐胜菊1,潘章2,郭德科3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/3
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