趙穎 張顯龍
[摘 要]抽油機作為機械舉升的主要方式之一，其能耗的合理控制一直是困繞采油工程技術人員的難題。本文應用機采井節能理論的研究成果，結合油田實際從管理角度上闡述了抽油機井實現節能的有效途徑之一，是常規電機的合理匹配。
[關鍵詞]節能 電機 抽油機
中圖分類號：TE933.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）13-0022-02
0 引言
在完善了電機合理匹配理論設計方法的基礎上，應用該理論指導了部分井合理匹配的實踐，見到了較好的節能效果。為油田在管理節能上提供了有力的技術支持。
1 機采井節能的理論基礎
鑒于目前國內機械采油井多應用旋轉電機作為其動力源的實際，在此著重探討機采井應用旋轉電機節能的理論基礎。
1.1 節能電機簡介
在國外對節能電機的通俗叫法是“高效率或高效電機”，而我國通常叫節能電機。高效電機：簡單的說就是在制造上確保其運行效率盡量的高，在借助于控制系統使其在高效率區間（85-95%）運行的電機。
1.2 機采井拖動裝置節能的理論基礎
機采井節能在理論上所追求的是“機采井的機械特性與電機特性間的合理匹配”，也就是說，真正實現機采井運行負載與電機輸出負載間的合理匹配。注意：匹配講的是設備機械扭矩與旋轉電機輸出扭矩之間的匹配，這點一定要注意，以往人們多認為描述電機應該用功率這是一個誤區。
1.2.1抽油機拖動裝置的設計方法
在抽油機拖動裝置的設計中我們是依據滿足抽油機曲柄旋轉扭矩的要求來設計電機的。需要注意的是選擇電機時必須要考慮電機的扭矩。
①、均方根扭矩的計算方法
依據凈扭矩曲線計算其均方根扭矩
式中： Te—均方根扭矩 kN.m N—等分區間數 —瞬時扭矩值
經驗公式的計算結果，在示功圖的測試回放結果中就已經計算完成，這為我們直接調用提供了方便，兩種方法的比對結果顯示，應用經驗公式計算的結果與凈扭矩曲線方法的計算結果其相對誤差在4%以內，能夠滿足現場的需求。
1.3 機采井拖動裝置節能的設計原則
利用能量守恒原理不難看出：所謂機采井的節能實質上是指“機采井的機械特性與電機特性間的合理匹配”，從而確保電機始終在高效區域運行。 客觀的講，就常規的Y系列電機而言，當其在高效區域（85-95%）運行時，我們通常所說的節能設備對其節能是不起什么作用的。
1.3.1 一體化抽油機節能拖動裝置：
指電機具有多速、多功率或超高轉差率等特性，并配有專用（實現電機上述特性）的控制柜，此時的合二或合三（含特殊變壓器）為一才能稱之為一體化，而并不是將配電箱裝在電機上就叫一體化。
1.3.2 抽油機井的節能拖動裝置應滿足的條件
在綜合考慮了抽油機的機械特性、電機的特性及其節電率的情況下，我們認為在選用抽油機節能拖動裝置時應考慮如下幾個問題：為有效的延長抽油機的使用壽命，要求其配套的拖動裝置應具備較軟的啟動特性，為確保供排關系的平衡，要求其配套的拖動裝置在啟動后的正常運行中其轉速基本恒定，具備根據抽油機井的工況，自動調整其輸出功率的功能，以達到其最佳的合理匹配，盡量選用磁級數≥8的電機，以確保其扭矩足夠大，適當降低裝機機座號（裝機功率）。
2 電動機星-角接線轉換應用的理論基礎
針對目前油田在用抽油機井存在大馬拉小車問題較多的實際，我們從理論上探討了應用電動機星角接法轉換，達到使其與負載近似匹配的可行性。
2.1 接線方法的改變
電動機星角接法轉換，是根據電動機負載變化情況，用改變繞組接線方式來調整電壓，使其與負載近似匹配，從而達到一定的節電效果。當電動機滿載時，負載率大于40%，應用角形接法，全電壓（380V）運行；電動機輕載時，負載率小于40%，應用星形接法，繞組在220V電壓下運行。
2.2 實現星-角的理論依據
由于本文探討的為非自動的星-角轉換，即需要給出直接采用星運行的條件，要求實現星運行后電機不能過載，同時又能夠實現合理匹配。
2.2.1 適用場合
應用星—角接法對電動機進行節電轉換，應注意以下幾點：
1）星角形接法屬電動機調壓，只能用改變繞組接線方式來調整運行電壓，即只能380V、220V跳躍變換，不能隨負載率變化任意調整電壓。
2）電動機繞組角接轉換為星接后，電壓降為原電壓的；起動轉矩與電壓平方成正比，降為原起動轉矩的1/3。
2.2.2 關于星—角轉換電機功率的確定
①交流電路中的電功率
在交流電路中電功率分為視在功率S，有功功率P和無功功率Q。
其中：
②有功功率的計算
對于恒定的負載而言，在功率因數一定的條件下（實際上△接與Y接中的不可能相等）。
a假設負載恒定，△接與Y接中的相等則：
結論：是否具備角接直接變為星接的條件是：這種方法適用于電動機繞組角接，接線盒有6個接線柱，處于輕載運行或滿載—輕載交替運行的電動機。角-星形接法轉換只需對電動機一、二次接法略為改動，改法簡單，可有效地避免大馬拉小車的不經濟運行方式。
3 常規電動機合理匹配的現場試驗
為了進一步提升我隊機采井的管理水平，本著確保抽油機井經濟、安全、平穩運行的原則，對我隊抽油機井電機的匹配情況進行了詳細分析結果。我隊抽油機井在用電機的匹配情況不容樂觀，主要存在兩類問題，一是大馬拉小車井15口，小馬拉大車井2口。結合目前實際，提出A井與B井進行電機調整。
3.1 A井與B井現狀
A井在用機型為CJ-A型 ，使用沖程3.6；使用沖次8，在用電機為DJ-A型，名牌功率55kW，抽油泵為CA型；
B井在用機型為CJ-B型，使用沖程4.2；使用沖次10，在用電機為DJ-B型雙速可調電機，名牌功率20 /30kW，抽油泵為CB型。
目前，A井在用的是節能電機，一直處于超負荷運行，進入伏天后，此井存在燒電機的隱患；而B井又是大馬拉小車，上述兩井具備實施電機逐級匹配的條件，對A井與B井的電機進行互換。
3.2 電機調整設計結果
應用抽油機拖動裝置的設計方法的理論，對A井與B井的電機對調情況進行了預測，情況如下：
從上述計算結果中可以看出，A井與B井的電機對調是合理的。
4 結論
（1）為有效的延長抽油機的使用壽命，要求其配套的拖動裝置應具備較軟的啟動特性；
（2）為確保供排關系的平衡，要求其配套的拖動裝置在啟動后的正常運行中其轉速基本恒定；
（3）盡量選用磁級數≥8的電機，以確保其扭矩足夠大，適當降低裝機機座號；
（4）電機的合理匹配，是實現機采節能的有效途徑之一；
（5）對于如何開展星形接法運行的匹配，應盡快的開展一些試驗。
參考文獻
[1] 王鴻勛.采油工藝原理.1982年.2-16.
[2] 陳碧秀.實用中小電機手冊.986年.13-35.
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