i试验·研究/Testing&Research优化抽油机井电动机合理匹配降低能耗技术研究杨红艳（大庆油田有限责任公司第八采油厂）摘要针对某采油厂机采井运行能耗高、系统效率水平低的问题，对现有抽油机举升工艺进行了合理装机功率计算；并根据电动机的功率需求和合理负载率，开展电动机动态的逐级匹配调整，提高了电动机的运行效率，实现了抽油机传统举升工艺的节能降耗，机采井节能工作取得显著成效。关键词抽油机井电动机合理匹配负载率DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2014.006.0031电动机合理匹配计算模型1∑I2CLF=Ie=N（4）电动机装机功率的原则就是在配备电动机时，Im1I2实际功率需求不超过选配电动机额定功率[1]，即Pr⋅CLF2.3电动机合理负载率界限N∑iPd=c≤PN（1）寻求电动机合理负载率界限必须保证电动机在除了满足功率要求以外，还应满足最大扭矩的要求，即传到电动机轴的最大扭矩不应当超过电动较高效率水平运行，由此率先建立电动机负载率与电动机运行效率之间的关系：机允许的最大扭矩：ηmPNη=P2m=P1mP2m（5）21Tmax≤k（2）ωP0+P2m+α(CLF⋅P2m)⋅P令式中P0=P0/PN，即2电动机合理负载率的研究计算电动机功率合理匹配的原则是：满足变载荷抽11+P0β+αβ(CLF)2（6）油机井的电动机功率裕量要求；保证不出现轻载或过载的低效率高能耗问题。保证电动机的运行效率，主要是确定合理负载的上下限[2]。2.1电动机负载率电动机的平均负载程度，又称为功率利用率，即电动机平均轴功率P2m与其额定功率PN之比：电动机效率与电动机本身效率特性、负载率以及周期载荷系数3个因素有关（图1）。2.2周期载荷系数β=P2mPN（3）即考虑因抽油机运动特性引起的轴扭矩波动及电动机电流波动的影响系数，定义为电动机电流均方根值与平均电流之比，常规游梁抽油机井CLF范围在1.44～2.35之间。作者简介：杨红艳，2010年毕业于东北石油大学，从事技术管理工作，E-mail：yanghongyan@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第八采油厂第一采油矿，163514。图1电动机效率在不同CLF时随负载率的变化曲线分析曲线变化，负载率越高，CLF对电动机效ηη8www.syshjn.com试验·研究/Testing&Research率的影响越大。当电动机负载达到一定范围后，随负载增大电动机内部损耗增加，电动机效率出现下降趋势。也就是说，电动机具有一定的合理负载范围，在此区间电动机的效率可在较高水平上保持稳定。由电动机效率与负载率变化可知，对于常规Y系列异步电动机，只有当β<0.2时，效率才明显下降；当β>0.2时，电动机效率不随β增加而明显增加，因此，抽油机井负载过轻或配备电动机功率过大的负载率界限为0.2（图2）。图2常规异步电动机效率在不同CLF时随负载率的变化曲线对于负载率合理上限，首先考虑电动机的效率水平，其次当电动机负载过大时，电动机内部损耗增加，同时电动机无法满足启动需求。由此可知，常规Y系列异步电动机不过载时理论最大合理负载率为50%（图3）。动转矩大，永磁电动机在不过载情况下对应合理负载率上限可达到70%。由于不同类型电动机的效率水平不同，且不同抽油机井受CLF影响程度不同，因此其所能决定的合理负载率也不相同。通过电动机合理负载率指导电动机配置，必须考虑满足油井电动机正常启动的要求，因为电动机启动所需力矩（启动电流）是油井正常运转过程中的数倍。油井所配电动机必须为生产变化和调参措施留有一定的功率裕量，因此，油井实际的合理负载率上限需在理论基础上进行修正。计算表明，对于变载荷抽油机井，油井达到满载时电动机所需功率裕量为3～5kW，按此计算得出：常规Y系列异步电动机合理负载率范围在20%～45%；永磁同步电动机合理负载率范围在20%～55%。受油井实际的电动机规格、电动机效率以及周期载荷系数影响，不同抽油机井实际所能取得的最大合理负载率不同。3电动机合理匹配实施与效果通过建立电动机匹配的功率计算模型以及确定合理的负载率，进一步指导永磁同步电动机的合理匹配与调整，对永磁同步电动机等节能电动机的现场应用也起到了指导作用。为达到节能效果，保证电动机在高效区内运行，以提高负载率为目标，优先匹配负载率低于20%的井；为准...