关于XX油田电机系统的节能方案及建议（2023年）.docx

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1、关于XX油田电机系统的节能方案及建议一、游梁抽油机系统节能电机的选择1、概述我国多数油田开发已经进入中后期，采油成本不断增加，尤其是游梁抽油机。电机节能是倍受关注的问题。近年来，有各种各样的节能电机在油田得到广泛的应用，取得许多成就。但使用中也出现了一些新问题，比如同一种电机在不同的油井节能效果大不相同，同一口井不同的节能电机节能效果也不同。这就给我们提出了一个新问题一一节能电机或者节能方案的选择要根据井况制定。游梁抽油机是一个机、杆、泵组成的复杂系统，节能效果不仅取决于系统本身，还取决于油井工况。2、游梁抽油机负载运行的特点(1)游梁抽油机是一种带有冲击性的周期交变负载，起动转矩大，在一个周

2、期(一个冲次)内负载波动很大。这种负载要求驱动电机在选择容量时留有足够的余量，以保证带载起动时能克服抽油机较大的惯性扭矩，满足起动要求。在运行时有足够的过载能力，以克服交变载荷的最大扭矩。为此要留有较大的裕度，这就是造成“大马拉小车”的原因。游梁抽油机在运行过程中电机处于轻载状态，负荷率很低，电机的运行效率和功率因数都很低。(2)游梁抽油机在运行过程中，曲柄的角度是时刻变化的，不同的角度平衡效果是不同的。在一个冲次内电机电流的大小和相位也是不断变化的。在一个冲次中存在两个瞬间发电状态。发电情况与平衡有关，平衡效果越差，发电越多。平衡效果较好时，只有一次发电状态。电机从电动到发电，再从发电到电动

3、，使得电机的平均功率因数变得更低。(3)游梁抽油机是一个复杂系统，在这个系统中抽油杆是不能被忽视的。通常抽油杆都在100o2000米。XX油田的下泵深度可能都在3000米以上。这样长的抽油杆在运行过程中弹性形变已经很大，尤其是换向加速度大时抽油杆形变更大。这种形变使光杆与泵中的活塞的运动规律产生很大的差异。在大多数情况下抽油杆的弹性形变减少了活塞的实际行程，即降低了抽油泵的充满系数，使游梁抽油机系统效率大大降低。油越稠抽油杆的弹性形变越大，冲次越高抽油杆的弹性形变越大，对提高泵效越不利。3、常用节能电机及其特点(1)稀土永磁同步电机。稀土永磁同步电机的转子由稀土永磁材料和起动鼠笼组成。转子损耗

4、比普通异步电机小得多，因此电机本身的效率比普通电机高约5个百分点，功率因数能达到0.9以上，其额定运行时机械特性比普通电机还硬。起动电流比普通电机大，起动过程中，电机转矩有振荡。稀土永磁电机的价格比普通电机高一些。目前稀土永磁电机经常出现退磁，这是一个麻烦的问题。尤其是在XX油田环境温度高，更容易退磁。因此要谨慎选择。(2)双功率节能电机。双功率电机与普通电机的区别在于定子绕组不同，定子绕组是一个串联绕组，是一个有抽头的绕组。比如37kW的电机,可以将定子绕组设计成一个为37kW,另一个为22kW。控制柜中有一个电流检测电路，并且能够实现绕组的自动切换。起动时可投入大功率绕组，运行时可投入小功

5、率绕组，小功率绕组的效率和功率因数都很高。这样就较好地解决了“大马拉小车”的问题。普通电机的Y-转换也属于双功率电机，只是Y接时功率偏小，不能满足实际需要。双功率电机的大小功率要根据实际情况而定。在解决了“大马拉小车”的问题上，双功率节能电机是一种非常有效的方法。(3)超高转差电机。这种电机的转子是一种高阻转子。利用高阻转子实现软特性，当遇到换向冲击载荷时，转速下降。减速机和电机的扭矩变化趋于平缓，峰值扭矩大大降低，抽油杆变形大大减小，从而改善了机、杆、泵的配合，提高了泵的充满系数，增加产液量，达到系统节能的目的。这种电机的不足是滑差高，损耗较大，效率低。与超高转差电机特性相同的还有绕线式异步

6、电机。绕线式异步电机的转子通过滑环，串联一个适当的电阻，同样可以实现软特性，电机不会过热。这种软特性电机起动电流小，起动转矩大。(4)变频调速电机。这种方案是在普通电动机的电源端上加一个变频器，可以降低电机的容量，负荷率得到较大提高，电源功率因数接近1,可以调整上、下冲程的速比，能改善抽油机系统的配合，还可以实现平滑调速。对于稠油井调参运行非常方便。美中不足的是抽油机发电时不能回馈，要设法处理好回馈能量的问题。低冲次时电机和变频器发热严重，起动转矩和过载能力不大。另外，变频器本身也有功率损耗(约510%),变频器的谐波对电网有影响，并会使电机附加损耗增大。尤其是在XX油田，环境温度高，昼夜温差

7、大，可靠性要受到较大的影响。因此要谨慎使用。（5）抽油机四速节能装置这种节能驱动装置是减速机和电动机的组合。减速机是一种双速减速机，电动机也是双速电机。这就实现了抽油机的四速驱动，主要适应于供液不足井。可以根据供液情况，在4个挡位选取一个合适的挡位。比如，可以实现的4个冲次，1.5、2.2、3和4.2。使用时也可以根据需要，调节皮带轮的大小，还有一个小的调整范围。这种节能驱动装置的优点如下。比较好地解决了“大马拉小车”的问题。电机采取了特殊设计，启动转矩高，过载能力比较大。这样较大的降低了电机的功率，较好地解决了“大马拉小车”的问题。由于采用特殊设计，电机运行效率高、功率因数高。减速机效率一般

8、不低于095,因此系统效率比较高。电机转速的切换和减速机的转速切换都是手动切换，控制操作系统简单、可靠性高。电机有较好的保护功能，即短路保护、过流保护和断相保护。在有些情况下，要求调节范围不太大。比如12冲，或者是2.54冲。也可以采用双速电机加减速机的方案来解决。这样效率更高一些。4、节能电机方案选择方法游梁抽油机是机、杆、泵组成的复杂系统，电机的节能效果不仅取决于电机和系统本身，还取决于油井工况。我国的主要油田处于开采的中后期，油井工况非常复杂。除高含水外，还有低渗透，供液不足，含砂含蜡,以及稠油等情况。下面对几种常见的节能电机选择方案。（1）对于高含水，泵挂浅（在I（M）O米以内），中冲

9、次（4次左右）的情况。泵挂浅，冲次不高，抽油杆弹性形变不很大。主要是要解决“大马拉小车”的问题，一般可选择8极的双功率电机或8极的稀土永磁电机。如果选择双功率电机节能效果能达到12%以上；如果选择稀土永磁电机（在不退磁的情况下），其节能效果能达到15%以上。（2）对于高含水，泵挂深（在1500米以上），中冲次（4次左右）的情况。泵挂深，尽管冲次不高，抽油杆弹性形变也比较大，主要考虑系统效率问题。建议选择8极的高转差电机，高转差电机的机械特性界于普通电机和超高转差电机之间，不是很硬，也不很软。但起动转矩高，起动电流小，过载能力大，可以降低一个功率等级。对解决“大马拉小车”、以及抽油杆弹性形变问题

10、都能起到比较好的作用。一般情况下节能效果能达到12%以上。（3）对于高含水，高冲次（57次），泵挂在IOoo米或更深的情况。由于冲次高、泵挂深，抽油杆弹性形变较大，主要是要解决泵效的问题。应该选择软特性电机，使系统实现柔性配合，提高系统效率。还能较大地减小减速机峰值扭矩，减少抽油杆脱断的几率。选择超高转差电机或绕线式异步电机，节能效果都能达到15%,甚至更高些。（4）对于稠油，低冲次（一般在12冲）的情况。稠油、低冲次抽油杆弹性形变不太大，这时主要是实现电机的低转速。从电机设计的角度,随着极数增加电机的功率因数和效率都降低，且体积增大，成本高，一般做到8极，10极及10极以上的电机很少做。因此

11、用低速电机来实现低冲次是不经济的。为了满足低冲次的需要，可采用电机和减速机一体化的驱动装置，即减速电机。其中电机也可以选择变极电机，比如6/8变极，冲次可实现1.5冲和2.5冲，这样系统效率高、性价比高，可靠性高。（5）对于供液不足，低冲次（一般在12冲）的情况。由于低冲次抽油杆弹性形变不大，主要是考虑电机的低转速，选择变频调速电机是比较合适的。尤其是对那些供液量波动比较大的情况，比如有时需要在12冲之间进行调节的情况，选择变频调速电机更为合适。对于XX油田的环境，要做好变频器的保护措施。（6）对于那些长冲程，低冲次（34冲），深抽（2000米左右）的情况。主要是解决“大马拉小车”的问题。在冲

12、次不高的情况下，换向加速度不大，抽油杆的弹性形变不大。因此选用8极的双功率节能电机或稀土永磁电机是比较合适的。或选择8极的高转差电机，也能较好地解决“大马拉小车”的问题。节能效果都能达到12%以上。总之，根据油井工况合理地选择节能电机，再进行就地无功补偿，游梁抽油机采油系统平均节能20%的目标是能够达到的。影响游梁抽油机电机节能效果的因素很多，要结合具体情况采取节能措施。同一种电机在不同的油井节能效果大不相同，同一口井不同的节能电机节能效果也大不相同。没有一种节能电机能适合每一口井。游梁抽油机电机节能是一个非常复杂的问题，选择方案时要考虑的因素比较多，比如电机效率、功率因数、系统增效、成本投入

13、、可靠性及现场管理等问题。二、变压器的选择1、对于油井变压器，主要是调整电动机和变压器的匹配容量，改善变压器的运行效率。对于一带一的情况，变压器的容量是电动机功率的34倍。变压器的容量过小要影响电动机的带载起动。2、更换干式型节能变压器。3、集中无功补偿，减少线路损耗。三、集输油系统采用变频调速技术油田集输油系统随着开采状况的变化，需要经常调整流量，由于泵的额定流量与实际流量不相匹配，实际操作过程中往往采用手动调节泵的出口阀门来调节外输流量，能量损耗较大，同时，频繁的手动调节，不利于泵的正常运行及安全生产，为起到节能降耗的作用，合理调节泵的输量，采用变频控制是行之有效的措施。四、注水系统采用变

14、频调速技术油田注水系统通常是高压电动机，随着油层压力的变化，需要经常调节注水量。利用采用手动调节阀门来调节注水量，能量损耗太大。唯一的办法是加装高压变频器。如果实际运行中注水量调节比较大，采用高压变频调速系统，节能效果能达到30%。五、抽油机电机质量的现场测试技术1、抽油机电机老化现象严重目前抽油机电机老化现象比较严重，许多电机维修过，甚至维修过多次。大多数电机维修后没有经过合格检验就上井了，还有许多电机超过了使用年限。由此造成的电能浪费十分严重。由于抽油机电机使用量很大，并且在现场条件下很难查清电机是否合格，这给电机管理工作带来了很大的困难。节能降耗的任务十分艰巨。在电机厂内仪器和检测设备齐

15、全，电机效率检测是没问题的。但是在现场情况有些测试很难实现。2、抽油机电机现场检测方法经过近三年的研究，我们探索出电机质量的现场检测方法。该方法在现场条件下能够准确地测得电机的五种损耗，能够分析电机的老化情况。并且给出判定抽油机电机质量的方法。即根据电机现场测试数据，计算电机的平均负载率和该点的运行效率，在同一负载率下与标准电机的效率进行比较，效率下降4%则认为电机应该报废。这对做好电机管理和节能降耗工作是十分重要。3、现场测试及分析软件抽油机电机现场测试方法实用性强，并且操作简便。两个人20分钟即可完成一口井的电机测试。将现场测试数据输入到“电机测试分析数据.xls”的表中，然后运行分析软件

16、。分析软件可以通过测试数据，计算得到铁损耗、定子铜损耗、转子铜损耗、机械损耗和杂散损耗，以及电机负载率和运行点效率等参数。输入和输出均使用EXCEL文件，这样便于电机的建档管理、保存和打印。六、建议1、查清在用电动机的情况。利用上面的测试方法对现有的电机进行一次普查测试，查清在用电机不合格的有多少，也就是该报废的有多少。报废那些不合格的电机，减少额外的能源浪费，这本身就是节能。2、理顺在用电动机的匹配。根据现场测试结果把负载率低的电机换下来。根据抽油机的机型和实际载荷，把负载率调整到4050%。提高负载率也就是提高效率，这本身也是节能。理顺就是解决“大马拉小车”的问题。3、优化节能电机方案。根据抽油机参数（机型、泵型、泵挂深度等）、工况参数（含水情况、渗透情况、含砂含蜡、稠油等情况），合理地选用驱动电机的类型和节能电机。通过测试和分析，归纳