郎爽(大慶油田有限責任公司第三采油廠)
抽油機一體化節能裝置在薩北油田的應用
郎爽(大慶油田有限責任公司第三采油廠)
薩北油田進入了高含水開發后期,油田開發能耗高、成本高,開發效益較差。作為主要耗能設備的抽油機電動機普遍存在負載率低的現象,平均功率僅為額定功率的30%,平均功率因數僅為0.14左右,加上油田點多面廣,竊電現象嚴重,進一步增加了生產能耗。為了提高抽油機的節能效率,安裝了150套ZDC(G)抽油機電動機節能一體化拖動裝置,成功地解決了機采系統能耗居高不下的難題,實現綜合節電16.42%,系統效率明顯提高。同時,有效地扼制了竊電現象,提高了生產安全性,方便了現場管理。
抽油機 電動機 一體化拖動裝置 節能
薩北油田抽油機井普遍采用游梁式抽油機,由于抽油機工作時為脈動負荷和重負荷啟動,它所配用的電動機必須有較高的啟動轉矩;而目前普遍采用的與抽油機配套的Y系列電動機由于啟動轉矩偏低,配套時需提高電動機容量以滿足啟動的需要,會造成電動機安裝容量過大,使電動機常常處于輕載運行,由此造成電動機在運行過程中效率和功率因數都大大降低,損耗也明顯加大。
截至目前,全廠抽油機井2344口,平均裝機功率為40.3 kW,抽油機井設備匹配不合理,電動機、配電箱無功耗損大,功率利用率低。測試表明,薩北油田抽油機井未采取節能措施的電動機功率利用率只有23.7%,存在“大馬拉小車”問題,無功耗損大,影響系統效率的提高。有195臺常規電動機使用時間長,功率利用率低,需要進行節能電動機改造。
為了實現抽油機井運行負載與電動機輸出負載間的合理匹配,同時扼制竊電現象,實施抽油機一體化裝置節能技術改造,充分挖掘機采井舉升工藝潛力,確保抽汲設備高效低耗運行,對于提高系統效率和節能降耗具有十分重要的意義[1]。
電動機具有兩個級別額定功率,轉子有兩組抽頭分別接到兩個交流接觸器上,其中一個交流接觸器接高功率抽頭,另一個交流接觸器接低功率抽頭,兩個交流接觸器實現互鎖,由控制器控制完成兩種功率間的自動切換。電動機結構示意圖見圖1。
圖1 電動機結構示意圖
電源接線同Y系列三相異步電動機相同,通電后電動機以高功率啟動運行,當電流低于低功率運行電流時,則通過控制器將電動機切換到低功率狀態;當電流升高到高于低功率運行電流時,則切換到高功率狀態,以此避免“大馬拉小車”和過載運行現象。
一體化拖動裝置DFCJT由YCHD系列雙速高轉差率電動機和抽油機控制箱組成,雙速高轉差率電動機是為適應游梁式抽油機啟動轉矩大、過載因素多、正常運行負載低的特點而設計的新一代游梁式抽油機專用電動機。該系列電動機是電壓等級為380 V/50 Hz戶外型三相異步電動機,采用了專用的電動機綜合保護、安全控制柜,大大改善了電動機的安全運行參數。
2.1 一體化拖動裝置主要性能
◇NEMA設計:D(5%~8%轉差率);
◇防護形式:IP23或IP44;
◇絕緣等級:F,滿載運行溫升不超過105 K;
◇額定電壓:380 V/50 Hz三相;
◇工作定額:連續(S1),服務系數1.15;
◇允許全壓啟動;
◇采用錐型軸伸,方便調參更換皮帶輪。
2.2 控制系統功能
1)具有缺相、過載、短路、過熱、浪涌過壓保護功能。
2)具有電流跟蹤指示、故障指示、故障記憶功能。
3)具有線路停電恢復供電后延時自啟動功能。
4)具有電動機轉速轉換功能(可通過轉速轉換開關實現轉速轉換,亦可提供由接觸器控制轉速轉換功能的控制箱)。
5)具有防盜功能。
2013年9月在150口抽油機井上現場實施抽油機一體化裝置節能技術改造。電動機更換后,抽油機啟動正常,無啟動黏滯狀態,沒有因負載重而啟動不了現象。運行中,電動機運行正常,抽油機無丟轉現象,電參數正常。同時有效扼制了竊電現象,提高了生產安全性,方便了現場管理。
對該裝置應用前后進行了現場測試,測試結果見表1。通過現場測試對比,平均有功節電率為11.53%,無功節電率為77.92%,單井日節電34.7 kWh,綜合節電率為16.42%,功率因數提高了0.425,系統效率提高了1.93%,預計年節電量190×104kWh。
表1 一體化拖動裝置效果統計
4.1 直接效益
1)投入費用。一體化拖動裝置單價為2.4萬元/套,150口井總投資額為360萬元。
2)產出效益。2013年應用一體化拖動裝置150臺,平均單井日節電 34.7 kWh,節電率16.42%,預計年節電量達190×104kWh。電費價格按0.574 7元/kWh計算,節電效益為109萬元。
3)投資回收期為3.3年。
4.2 間接效益
1)節約材料維修費。由于一體化拖動裝置的電動機具有較高的轉差率,由此減輕了減速箱的疲勞破壞,減少了打齒事故的發生。
2)節約作業費用。一體化拖動裝置在運行中速度變化使抽油桿在重負荷時,最大限度地降低重載時運行的加速度。由于桿柱和液柱的質量與加速度的乘積為動載荷,加速度的減小勢必降低懸點的動負荷,使抽油桿上的應力和應力變化范圍減小,從而減少抽油桿的斷脫事故發生。
3)降低設備投資費用。由于一體化拖動裝置解決了與游梁式抽油機合理功率匹配,最大限度地降低了對供電系統的功率要求。
1)調參快速,適應性強。該電動機采用了雙速雙功率形式,通過簡單地調整電動機控制箱中的速度功率轉換開關,就可實現抽油機的運行沖速調整,與以往幾人幾小時的工作相比,大大降低了勞動強度,提高了生產效率;同時,更能根據井下工況,靈活地調整抽油機的運行沖速,根據油井調整驅動功率降低損耗,達到節能目的。
2)節能效果顯著。一體化拖動裝置的電動機是高啟動轉矩、高轉差率的節能電動機。此種電動機啟動特性軟,對系統機械沖擊小,啟動扭矩大。通過在保持達到系統的機械需求的情況下,降低電動機裝機功率,充分地解決了“大馬拉小車”的現象,降低了電動機的負載損耗,提高了電動機的運行效率,進一步提高了節能效果。
3)故障點少,防盜性能好。一體化拖動裝置采用了機電一體結構,減少了中間供電環節,減少了可能發生故障的點,提高系統運行穩定性;同時,該裝置采用了防盜設計,配有專用鑰匙,提高了設備的防盜性能,對設備及電有可靠的防盜保護,加強了系統的運行穩定性。
[1]王廬峰,高立新,隋紅.JNFQ系列抽油機節能、防竊一體化配電裝置[J].油氣田地面工程,2002(7):92-94.
10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.006
2015-03-26)
郎爽,2011年畢業于哈爾濱商業大學(德強商務學院),從事地面工程管理工作,E-mail:gjdd1228@sina.com,地址:黑龍江省大慶市大慶油田第三采油廠第二油礦采油十三隊,163113。