基于油井悬点载荷分析 优化机杆泵匹配关系

一、电动机的节能
1.Y系列异步电动机:Y系列三相笼型异步电动机是我国生产的一种较新的基本系列电动机。

起动转矩大、噪声低、振动小、防护性能好、A全可靠、维护方便和外形美观等优点，并且符合国际电工委员会(IEC)标准。

Y系列异步电动机具有成本低、便于安装、便于维护的特点。

其缺点是:不能调速;带载起动能力差;偏离额定功率点后，功率因数低(抽油机上使用的一部电动机一般为0.4左右)，能耗高。

2.高转差异步电动机:具有以下主要特点:具有超高的转差率(保证值为12%～14%)，可有效的减少抽油系统的最大负荷及负荷变化范围，减小减速器最大净扭矩及扭矩变化幅度，减轻减速器和抽油杆的疲劳程度，大幅度的延长抽油系统的使用寿命，减少停机时间和维修费用，降低生产成本。

用该电动机取代普通低转差率电动机驱动抽油机，热(均方根)电流及功率峰值可减少30%～50%，无功电流明显降低，对供电容量的需求可降低40%，单位吨液电耗将减少15%～30%。

通过改变电动机引出线的接线方式，形成四种(八极电动机为三种)定额(转矩)输出，可以使抽油机与电动机保持良好的功率匹配，整个抽油机系统的效率可提高5%～30%。

优点:可以产生较高的启动转矩，使电动机的装机规格下降一个等级。

缺点:功率因数较普通异步电动机高，较同步电动机低，机械特性硬，对负载的冲击大，易发生泵杆断脱等井下故障。

3.永磁同步电动机:具有自起动能力的稀土永磁同步电动机综合了异步电动机和同步电动机的优点，异步起动同步运行。

效率可高于异步电动机3~6个百分点;功率因数可达0.6以上;同时具有起动力矩大，过载能力强的特点。

优点:功率损耗小，平均运行效率高。

额定效率可达92%以上，且高效区得到充分的展宽，轻载效率明显高于普通Y系列异步电机功率因数高。

普通同步电机功率因数的大小由其转子励磁电流来决定，而稀土永磁电机功率因数的大小由其转子永磁体磁场强弱来决定，因此经优化
设计，功率因数可在0.7以上。

在轻载
的一定范围内，功率因数还可超前，可
起到补偿电容的作用。

起动力矩大，过
载能力强。

稀土永磁电机采用新型的转
子结构，减少了无功电流，提高了功率
因数与效率，降低了电机温升，使电机
的额定功率的过载能力有较大提高。

在
相同额定功率情况下，过载能力提高了
10%，而30KW永磁电机与45KW普通电
机的启动能力相当。

缺点:永磁电机的不
足之处是，若使用不当，在过高温度或
过低温度下工作，在冲击电流所产生的
电枢反应作用下，或者在剧烈的机械振
动下，有可能产生不可逆的退磁，使电
机的性能下降，甚至无法使用。

二、控制柜节能
1.抽油机节能拖动装置控制箱:CJT系
列抽油机控制箱的电气控制系统具有断
相、过载、短路、过热等项保护作用，
及电流跟踪指示，故障记忆、线路停电
恢复供电后延时自启动、电流调节，负
载消耗电能指示等项功能。

拖动装置具
有四种输出转矩型式，可通过改变电动
机引出线的接线方式来实现转矩型式的
变换。

根据用户要求，装置可装配补偿
电容，提高功率因数。

2.间开型抽油机节能控制柜:间抽控
制器由于抽油机是按照油井最大化的抽
取量来进行选择的，并且还留有设计余
量。

另外，随着油井由浅入深的抽取，
井中液面逐渐下降，泵的充满度越来越
不足，直到最后发生空抽的现象，如果
不加以控制，就会白白地浪费大量的电
能。

对于这种油井，最简单的方法是实
行间抽，即当油井出液量不足或发生空
抽时，就关闭抽油机，等待井下液量的
蓄积，当液面超过一定深度时，再开启
抽油机，这样就提高了抽油机的工作效
率，避免电能浪费。

3.变频调速控制柜:根据抽油机的运
行特点，抽油机的拖动系统要具有高的
可靠性，较长的使用寿命，较好的软起
动性能，负载率在25%~80%范围内有
较高的效率和功率因数，较宽的调速范
围，能够适应野外露天环境。

改变抽油
机的冲次，使抽油机的机杆泵整个系统
达到较佳配合，提高了系统效率。

永磁
同步电机本身的效率就很高，而变频调
速又是目前最高效的无级调速方法，两
者组合生成的永磁变频调速系统是目前
非常理想的高效调节方式。

永磁变频调
速系统优点:无级调速，调速方法简单，
调速过程平滑，调速范围广。

高效率、
高功率因数(≈1)，并且在各种负荷状态
时都具有很高的效率和功率因数。

较高
的起动性能和较大的过载能力，能满足
抽油机起动时需要的高转矩，较好地解
决“大马拉小车问题”。

零起动、软起
动功能，在省电的同时，可大幅度降低
对供电变压器装机容量的要求，并使电
机振动及噪音大大减小。

缺点:变频调速
控制柜在一定功率范围内可以起到节能
作用，在抽油机的负载率超过80%，变
频调速系统非但起不到节能作用反而浪
费电能。

变频器产生的高次谐波对电网
的污染严重，影响其他电器设备的安全
运行，变频控制柜较高的价格使其性价
比增大，抽油机控制柜的寿命一般为3~5
年，要收回投资需要5年。

三、综述
改变电动机的机械特性以实现负荷
特性的柔性配合，从而提高系统效率，
实现节能。

从设计上改变电动机的机械
特性，从而改善电动机与抽油机的配
合，提高系统运行效率。

通过提高电动
机的负荷率、功率因数，实现节能。

参考文献：
[1] 有杆泵抽油系统优化设计及应用[J]. 吴志
良. 中外能源. 2018(01)
[2] 有杆抽油系统诊断方法研究与应用[J]. 刘
清友,何玉发.西南石油大学学报(自然科学
版). 2018(01)
基于油井悬点载荷分析　优化机杆泵匹配关系
赵培豪 胜利油田东胜公司　
【摘　要】油田采油设备以游梁式抽油机为主，抽油机的节能显得尤其重要。

游梁式抽油机具有结构简单，易损件少，故障率低，维修简单的优点，但也存在起动困难，系统效率低的缺点。

大部分抽油机采用普通Y系列异步电机作为动力装置。

采用异步电机拖动的游梁式抽油机主要存在以下问题:为了能保证抽油机的起动，匹配的电机功率偏大造成大马拉小车现象，使得用电效率非常低。

由于电机不能调速，抽油机冲次不能及时调整，不能协调供排能力。

【关键词】游梁式抽油机；电机功率；供排能力；匹配关系
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