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摘要：国内大部分油田已进入高含水后期开采阶段，后备储量严重不足，实现油田高产、稳产的难度日益加大，油田机采井总数快速增长，用电量也不断攀升，本文从油田抽油机用电机的现状入手，依据抽油机用电机的选取方法，阐述了几种抽油机用节能电机的节能原理及优缺点，并根据这些节能电机在油田生产实际中的应用效果，对推广应用节能电机进行了有益的探索。为实现节约油田开发成本提供了参考依据。
关键词：系统效率；节能电机；高转差率；永磁电机
【分类号】：TD327.3
一、抽油机井系统效率与电机的选择
1、抽油机井系统效率的组成及影响因素
抽油机井系统效率是反映油井生产状态的综合性指标，抽油机井系统效率的高低直接影响油田机采系统的节能生产。
从油田生产用电情况来看，相关研究数据表明，抽油机用电机的耗电量约占油田生产用电总耗电量的30%-40%左右，因此，挖掘抽油机用电机的节能潜力，实现抽油机用电机节能降耗，对于实现油田高水平、高效益开发具有重要意义。
2、电机的选择
根据抽油机的工作特性来看，抽油机是惯性转矩比较大的设备，它需要带负荷起动，因此需要有足够大的扭矩才能使系统运转起来，也需要考虑油井的产液量根据生产要求不断变化的情况。为了满足起动及生产需要，必须给抽油机配备较大功率的电动机。装机功率过大，给油田生产造成了以下几个问题：
（1）电机效率过低，导致功率因数下降，由此造成自身损耗增加；
（2）为满足电机需要，需要配套较大容量的变压器，进而需要大量投资进行单井低压无功补偿或者线路高压无功补偿；
（3）常规三相异步电动机较硬的机械特性，减少了抽油机设备的使用寿命。
根据我厂部分机采井的测试结果表明，抽油机电机功率利用率不到0.3，为了解决装机功率过大的问题，目前我们采取了使用节能电机的方法来降低抽油机电机的装机功率，以提高电机效率，提升电机功率利用率。
二、节能电机优缺点分析
抽油机的工作特性决定了电机的运转必须与载荷的变化相匹配，提起载荷时，电机转速较低，提供足够的转矩使系统运转起来，载荷下降时，电机转矩下降，转速上升，防止电机处于自发电状态。电机损耗主要为定子、转子的铜损和铁损，以及电机机械损耗。结合抽油机电机的工作特点和电机损耗因素，目前油田生产实际中主要采用稀土永磁、高转差率、双速、多功率等四种节能电机，下面就几种节能电机的特性及优缺点进行简要介绍：
1、稀土永磁电机
稀土永磁电机是一种同步电机，它采用永磁体代替通电线圈励磁产生磁场，无需励磁电流，没有励磁绕组，简化了电机结构。它以体积小、结构简单、动态响应快和高效节能等特点得到了广泛应用。
2、高转差率电机
抽油机用高转差功率电机就是采用改变转差率的方法来改变转速，以达到匹配抽油机工作特性的目的。油田高转差率电机的转差率可在14%～25%之间，普通电动机转差率仅在2%～5%之间，与常规异步电动机相比，它具有极软的机械特性。这种电机很好的解决了抽油机在重载荷时需要力矩大，轻载荷时所需力矩小的要求，因此仅需要较低的装机功率就可以满足抽油机的动力需要。
3、双速电机
油田所用的双速电机即是采取这种方法，将原来6极或8极的单一级数电机改造成6极/8极或8极/12极电机，实现双速可调，它沿用了高转差率的特性，达到了降低装机功率的目的。
4、多功率电机
多功率电机具有多种功率，而转速保持不变，它通过调节装置，将电机功率进行自动调节，从而满足抽油机的起动要求，并在抽油机正常运行后自动调节降低电机功率，达到降低装机功率、提升电机效率的目的。目前，我厂使用的这种电机主要是通过对老旧或故障的电动机进行改造而来。
三、节能电机应用效果分析
1、应用效果
表1为我厂XX作业区几种节能电机应用前后参数测试数据，测试在生产参数基本稳定的条件下进行。
表1 节能电机节能效果测试数据（生产参数基本稳定的条件下）
电机类型 措施 装机功率
（kW） 系统效率 消耗有功
（kW） 日耗电
（kW/h） 日节电
（kW/h） 年节电
（kW/h） 节电率
稀土永磁电机 措施前 30 39.22 5.478 131.47 19.82 7235.76 0.151
措施后 22 40.57 4.652 111.65
措施前 30 35.36 6.573 157.75 17.09 6237.12 0.108
措施后 22 41.3 5.861 140.66
平均值 18.456 6736.44 0.130
高转差率电机 措施前 30 23.82 6.932 166.37 14.48 5284.47 0.087
措施后 22 27.89 6.329 151.89
措施前 30 29.82 5.608 134.59 10.79 3939.08 0.080
措施后 22 32.21 5.159 123.8
平均值 12.635 4611.775 0.084
双速电机 措施前 30 25.63 5.873 140.952 12.144 4432.56 0.086
措施后 22 28.17 5.367 128.808
措施前 30 26.72 6.176 148.224 12.408 4528.92 0.084 措施后 22 31.25 5.659 135.816
平均值 12.276 4480.74 0.085
改装多功率电机 措施前 30 26.32 10.48 251.52 8.64 3153.6 0.034
措施后 30/18.5/7.5/5.5 28.1 10.12 242.88
措施前 22 22.57 4.209 101.02 9.36 3416.4 0.093
措施后 30/18.5/7.5/5.5 23.42 3.819 91.66
平均值 9 3285 0.064
2、经济效益评价
根据上述测试数据，从节电效益与设备一次性投资对四种节能电机经济效益进行评价，按当前电价0.6381元/度计算，评价结果如表2所示：
表2 四种节能电机经济效益评价表
设备名称 投入费用（万元/台） 年节约电费（元） 投资回收期（年）
永磁电机 1.6514 4298 3.8
高转差率电机 1.9518 2943 6.6
双速电机 2.0804 2859 7.3
改装多功率电机 0.4 2096 1.9
四、结论及认识
1、目前新建机采井已经普遍采用节能电机，但是必须从负荷匹配的角度来合理选取抽油机电机，做到理论计算与生产实际相结合，尽量避免新建机采井电机装机功率与实际需求差异较大的问题。同时，综合运用多种手段，提高抽油机井系统效率，降低抽油机系统综合能耗。
2、从油田经济开发的角度来看，对以前使用的常规异步电动机进行更新改造是一种节省投资的比较有效的方法，比如改造为多功率多速电机，节能效果显著，改造成本低廉，但是要选取技术过硬的厂家进行改造，以保证改造后电机能够可靠发挥其节能作用。
参考文献
[1].付光杰，牟海维.电机与拖动.2002
[2].白连平，王玉生.游梁抽油机节能电机选择方法的讨论[J].钻采工艺，2007，（02）
[3].许士真，白连平，隋娜.关于游梁抽油机合理驱动和电机节能的讨论[J].石油矿场机械，2005，（02）
作者简介：曲长发：男，1963年7月10日出生，籍贯黑龙江省密山市，1982年五厂技工学校，1987年毕业长春邮电学院，2008年取得黑龙江大学电气工程本科毕业证书，现从事科技管理和培训工作。
关键词：系统效率；节能电机；高转差率；永磁电机
【分类号】：TD327.3
一、抽油机井系统效率与电机的选择
1、抽油机井系统效率的组成及影响因素
抽油机井系统效率是反映油井生产状态的综合性指标，抽油机井系统效率的高低直接影响油田机采系统的节能生产。
从油田生产用电情况来看，相关研究数据表明，抽油机用电机的耗电量约占油田生产用电总耗电量的30%-40%左右，因此，挖掘抽油机用电机的节能潜力，实现抽油机用电机节能降耗，对于实现油田高水平、高效益开发具有重要意义。
2、电机的选择
根据抽油机的工作特性来看，抽油机是惯性转矩比较大的设备，它需要带负荷起动，因此需要有足够大的扭矩才能使系统运转起来，也需要考虑油井的产液量根据生产要求不断变化的情况。为了满足起动及生产需要，必须给抽油机配备较大功率的电动机。装机功率过大，给油田生产造成了以下几个问题：
（1）电机效率过低，导致功率因数下降，由此造成自身损耗增加；
（2）为满足电机需要，需要配套较大容量的变压器，进而需要大量投资进行单井低压无功补偿或者线路高压无功补偿；
（3）常规三相异步电动机较硬的机械特性，减少了抽油机设备的使用寿命。
根据我厂部分机采井的测试结果表明，抽油机电机功率利用率不到0.3，为了解决装机功率过大的问题，目前我们采取了使用节能电机的方法来降低抽油机电机的装机功率，以提高电机效率，提升电机功率利用率。
二、节能电机优缺点分析
抽油机的工作特性决定了电机的运转必须与载荷的变化相匹配，提起载荷时，电机转速较低，提供足够的转矩使系统运转起来，载荷下降时，电机转矩下降，转速上升，防止电机处于自发电状态。电机损耗主要为定子、转子的铜损和铁损，以及电机机械损耗。结合抽油机电机的工作特点和电机损耗因素，目前油田生产实际中主要采用稀土永磁、高转差率、双速、多功率等四种节能电机，下面就几种节能电机的特性及优缺点进行简要介绍：
1、稀土永磁电机
稀土永磁电机是一种同步电机，它采用永磁体代替通电线圈励磁产生磁场，无需励磁电流，没有励磁绕组，简化了电机结构。它以体积小、结构简单、动态响应快和高效节能等特点得到了广泛应用。
2、高转差率电机
抽油机用高转差功率电机就是采用改变转差率的方法来改变转速，以达到匹配抽油机工作特性的目的。油田高转差率电机的转差率可在14%～25%之间，普通电动机转差率仅在2%～5%之间，与常规异步电动机相比，它具有极软的机械特性。这种电机很好的解决了抽油机在重载荷时需要力矩大，轻载荷时所需力矩小的要求，因此仅需要较低的装机功率就可以满足抽油机的动力需要。
3、双速电机
油田所用的双速电机即是采取这种方法，将原来6极或8极的单一级数电机改造成6极/8极或8极/12极电机，实现双速可调，它沿用了高转差率的特性，达到了降低装机功率的目的。
4、多功率电机
多功率电机具有多种功率，而转速保持不变，它通过调节装置，将电机功率进行自动调节，从而满足抽油机的起动要求，并在抽油机正常运行后自动调节降低电机功率，达到降低装机功率、提升电机效率的目的。目前，我厂使用的这种电机主要是通过对老旧或故障的电动机进行改造而来。
三、节能电机应用效果分析
1、应用效果
表1为我厂XX作业区几种节能电机应用前后参数测试数据，测试在生产参数基本稳定的条件下进行。
表1 节能电机节能效果测试数据（生产参数基本稳定的条件下）
电机类型 措施 装机功率
（kW） 系统效率 消耗有功
（kW） 日耗电
（kW/h） 日节电
（kW/h） 年节电
（kW/h） 节电率
稀土永磁电机 措施前 30 39.22 5.478 131.47 19.82 7235.76 0.151
措施后 22 40.57 4.652 111.65
措施前 30 35.36 6.573 157.75 17.09 6237.12 0.108
措施后 22 41.3 5.861 140.66
平均值 18.456 6736.44 0.130
高转差率电机 措施前 30 23.82 6.932 166.37 14.48 5284.47 0.087
措施后 22 27.89 6.329 151.89
措施前 30 29.82 5.608 134.59 10.79 3939.08 0.080
措施后 22 32.21 5.159 123.8
平均值 12.635 4611.775 0.084
双速电机 措施前 30 25.63 5.873 140.952 12.144 4432.56 0.086
措施后 22 28.17 5.367 128.808
措施前 30 26.72 6.176 148.224 12.408 4528.92 0.084 措施后 22 31.25 5.659 135.816
平均值 12.276 4480.74 0.085
改装多功率电机 措施前 30 26.32 10.48 251.52 8.64 3153.6 0.034
措施后 30/18.5/7.5/5.5 28.1 10.12 242.88
措施前 22 22.57 4.209 101.02 9.36 3416.4 0.093
措施后 30/18.5/7.5/5.5 23.42 3.819 91.66
平均值 9 3285 0.064
2、经济效益评价
根据上述测试数据，从节电效益与设备一次性投资对四种节能电机经济效益进行评价，按当前电价0.6381元/度计算，评价结果如表2所示：
表2 四种节能电机经济效益评价表
设备名称 投入费用（万元/台） 年节约电费（元） 投资回收期（年）
永磁电机 1.6514 4298 3.8
高转差率电机 1.9518 2943 6.6
双速电机 2.0804 2859 7.3
改装多功率电机 0.4 2096 1.9
四、结论及认识
1、目前新建机采井已经普遍采用节能电机，但是必须从负荷匹配的角度来合理选取抽油机电机，做到理论计算与生产实际相结合，尽量避免新建机采井电机装机功率与实际需求差异较大的问题。同时，综合运用多种手段，提高抽油机井系统效率，降低抽油机系统综合能耗。
2、从油田经济开发的角度来看，对以前使用的常规异步电动机进行更新改造是一种节省投资的比较有效的方法，比如改造为多功率多速电机，节能效果显著，改造成本低廉，但是要选取技术过硬的厂家进行改造，以保证改造后电机能够可靠发挥其节能作用。
参考文献
[1].付光杰，牟海维.电机与拖动.2002
[2].白连平，王玉生.游梁抽油机节能电机选择方法的讨论[J].钻采工艺，2007，（02）
[3].许士真，白连平，隋娜.关于游梁抽油机合理驱动和电机节能的讨论[J].石油矿场机械，2005，（02）
作者简介：曲长发：男，1963年7月10日出生，籍贯黑龙江省密山市，1982年五厂技工学校，1987年毕业长春邮电学院，2008年取得黑龙江大学电气工程本科毕业证书，现从事科技管理和培训工作。