降低牛25区块游梁式抽油机电动机负载试验研究

【摘 要】油田生产游梁式抽油机在选配电机时为了起动顺利，不影响生产，一般按最大扭矩选配电机，而抽油机起动后正常工作时平均转矩与最大扭矩相比又较低，所以电机输入功率仅有额定功率的二分之一。即所谓“大马拉小车”的情况，而且较低的负载率导致电机偏离经济运行区，功率因数和效率降低，造成较大的能量损失。本文通过对电动机星与角转换现场试验，有效降低了电动机在运行中的负荷率从而降低了电流、节约用电量大大提高机采系统效率和油田开发的经济效益。

【关键词】游梁式抽油机电动机；负载率；星与角转换；机采效率

0.前言

游梁式抽油机是石油工业传统的采油方式之一，其使用方便、可靠、经济，是目前采油生产中的主要设备。抽油机的负荷特点决定了抽油机起动时惯性矩较大，电机的负荷是一周期性脉动负荷，并迭加有瞬间的冲击。电机负荷曲线上有两个峰值，分别为抽油机上下冲程的“死点”。油田在选配电机时为了起动顺利，不影响生产，一般按最大扭矩选配电机，而抽油机起动后正常工作时平均转矩与最大扭矩相比又较低，所以电机输入功率仅有额定功率的二分之一。抽油机电机正常运行时负荷率很低，一般在 20%左右，少数负荷率高的也仅为 30%。低负荷率运行造成电机效率低，功率因数低，电能浪费大，机采系统效率低下。通过对电动机的角与星的转换使电机运行在额定负荷或额定负荷附近，电动机的效率提高，并因之节约了电力消耗，提高油田开发的经济效益。

1.抽油机电机星角转换节能技术配套选择

（1）技术思路：在检泵作业匹配管柱时要从以下方面考虑：A）最节能、提高系统效率。B）立足于现有的机、杆、泵条件。C）追求免修期最长。

（2）依据设计程序：通过IPR曲线确定油井油层产液能力，由该曲线确定流压、产量。

（3）由产量确定抽吸参数，由流压确定泵深。

（4）节电：最有效的方法是抽油机和电机的扭矩尽量小。

2.计算参数

以牛25区块为例：

单井产能范围：10-0.5吨/日，含水率0-90%范围，原油凝固点30℃左右，属于稀油。

机：抽油机为12型游梁机（含双驴头），杆最深可以达到3000m。

杆：当泵深大于2200m，选用？25mm玻璃钢杆和？22mm高强杆两级组合，玻杆和高强度钢杆组合，应力均能达到1000MPa，能满足深抽要求，目的是以减轻驴头负荷。

泵：由？56mm―？38mm订制的等径防腐管式泵组成，产量小于5吨/日的井，采用？38mm泵；产量小于10吨/日的井，采用？44mm泵；大于10吨/日的井，采用？56mm泵。

3.理论计算

电机：依据上述管柱匹配条件，得到驴头负荷最大不超过100KN，简化公式为：抽油机最大扭矩Mmax=0.2sWmax。Wmax―驴头最大负荷（N），S―冲程（m）。

（1）以上管柱搭配，到驴头最大扭矩不超过100KNm。

（2）抽油机的净扭矩，也就是平衡块的重量（平衡率90%以上）不超过20KNm。

（3）通过大小皮带轮200倍减速电机，需要的净扭矩不超过100Nm，即使驴头无负荷的甩翻驴头过程中，抽油机净扭矩不超过90KNm。

（4）综上所述，经过大小皮带轮的200倍减速电机需要的净扭矩不超过450Nm。

应用举例：某井含水50%，比重0.9，44泵×1800m深，杆组合：22×400+19×600+22×800；P小=400×2.794+600×2.094+800×2.794（kg）；P大=P小+1.368×1800（kg），1kg=9.8KN，产量计算：产量=k×冲程×冲次，举例：该井冲程3.6m，测试示功图下冲程压缩位移1.5m，冲次2次。

通过计算电机功率与扭矩关系，简化公式：T=（5/3）P *极数。T―扭矩（N-m）；P―功率（KW）；n―电机转速（转数/分）；减速比计算：抽油机（12型游梁或双驴头）D大=1000mm，D小=150mm；减速箱速比：30倍（查表的到）；皮带轮速比：1000/150=6.67倍；总减速比：30*6.67=200倍。

曲柄轴上的净扭矩计算：Mn=TF（W-G）-MSin（θ+τ）。式中Mn：给定曲柄角θ时作用在曲柄轴上的净扭矩，kN.m；TF：给定曲柄角θ时抽油机的扭矩因数，m；W：任意曲柄角θ时的光杆载荷，Kn；G：结构不平衡重，kN；M：旋转平衡重最大扭矩，kN.m；θ：曲柄角，观察时井口在右侧，曲柄中心从12点钟位置开始；τ：平衡相位角。

合理匹配电机经验公式：电机扭矩=（驴头的最大扭矩-平衡块的最大扭矩）/减速箱的力比/（大皮带轮直径/小皮带轮直径）。

4.效果确认和效益评价

社会效益：该装置反映灵敏、制作成本低，能在最短时间内切断事故机电路，有效减少抽油机翻事件的发生；避免了设备带病运行，提高了工作安全系数；该装置事故防控作用明显，安全性能高，有推广使用价值。

经济效益：降低了维修成本，以2013年为例，该年度更换游梁10台，发生设备维修费用为2.59（万元）×10（台）=25.9（万元）；减少产能损失，10台设备更换游梁平均耗时6小时/台，平均单井影响产量0.5t/h，而更换曲柄销子仅需2小时左右，按3000元/吨计算，便可增加原油生产效益10（台）×（6-2）（小时）×0.5（吨/小时）×3000（元/吨）=6万元；装置制作成本以加工每套200元计，那么10（套）×200（元）=0.2（万元）。综合效益为22.9+6-0.2=28.7（万元）。

5.结论及展望

抽油机电机星角转换是一项低投入、高效益的技术，目前已成为牛庄公司机采节能降本的革命性手段，它不仅可实现 “合理匹配电机”、“冲次最小化、综合效益最大化”的参数优化思路，能大大提高油井的综合效率。不仅适用于牛庄公司，在其他单位也应该有更广阔的适用前景，目前已成为我公司综合治理高产油井、供液不足油井、偏磨油井的有效手段，它的推广应用将成为采油技术节能降耗进步中的一大亮点。■

【参考文献】

[1]周希章等.节电技术与方法，2004.9（100）.

[2]白连平等.关于游梁式抽油机用电动机节能的讨论 石油机械，1999.27（3）.

[3]张琪等.采油工程原理与设计（130-132）北京：石油大学出版社，2002.