油田电动机运行现状及提效对策

吕亳龙　解红军　陈由旺　刘向阳

（1.中国石油天然气股份有限公司规划总院；2.中国石油长庆油田分公司）



油田电动机运行现状及提效对策

吕亳龙1解红军1陈由旺1刘向阳2

（1.中国石油天然气股份有限公司规划总院；2.中国石油长庆油田分公司）

电动机是油田生产环节应用最多的耗电设备，在实际运行中，由于工况变化、负载波动等原因，电动机常出现“大马拉小车”现象，运行效率低，提高油田电动机能效水平对生产系统节能至关重要。分析电动机提效面临的形势和油田电动机特殊运行工况，提出淘汰新低效高耗电动机、推广高效电动机，实施低效电动机高效再制造及电动机系统节能改造技术，加强管理、分批建设、合理备用等电动机提效措施。

电动机效率对策

1　现状及存在问题

电动机是油田生产中应用量最大的耗能设备，其应用范围广，耗电量大，不同生产环节所需的电动机装机容量不同。据统计，中国石油油田企业主要耗能设备驱动电动机共有20多万台，年总耗电量约280×108kWh，占全油田总耗电量的65%左右。油田企业主要耗电设备集中在抽油机、注水泵两类，总装机容量占油田所有电动机的72%。

抽油机是油田应用最多、耗电量最大的耗能设备，抽油机系统的动力来自于抽油机电动机，电动机轴上的总负荷转矩为井下负荷扭矩和平衡机构扭矩之和，抽油机电动机系统运行效率取决于油井井下负载液量波动、抽油杆柱匹配、抽油机平衡调节、抽汲参数调整等因素，目前机采系统平均效率为24.6%，而国外油田机采系统平均效率达30.05%，油田抽油机电动机系统运行存在以下的问题：

1）“大马拉小车”现象严重。抽油机井不规则周期波动负载，决定了抽油机需要选配较大启动转矩的驱动电动机，但抽油机正常运转时，由于平衡装置的作用，电动机大都处于轻载运行状态，负载率较低，不可避免形成“大马拉小车”现象［1］。

2）运行效率低、功率因数低。抽油机正常运行时，负载率较低且抽油机悬点载荷交变，导致电动机转速波动，增加电动机自身损耗；另外抽油机由于不平衡状态使电动机产生负功率，有功电能随着负功率的吞吐变化增加了电动机和电网的损耗，导致功率因数较低。

3）低效高耗电动机仍有使用。抽油机使用数量大，且大都产建年代较早，部分电动机老化严重，能耗高，维护费用高，目前仍有部分电动机不能满足GB 18613—2012《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》规定的能效等级3级要求，低效电动机的使用，导致系统运行效率低、耗电量大。

4）动平衡及抽汲参数优化不及时。我国主力油田区块大多分布在山区、沙漠、戈壁，抽油机所处环境恶劣且露天连续作业，无法根据井下液量充满情况及时调整抽汲参数和抽油机平衡度，并进行电动机系统维护保养，电动机系统常出现负功率，负载交变运行，损耗增加。

5）地面电动机系统匹配不合理。随着采油周期推进，井下工况会发生较大变化，地面电动机系统无法根据采油工况变化动态调整容量及工作方式，造成系统匹配不合理，系统运行效率低。

注水泵电动机的装机功率占油田使用电动机的比例最大，我国油田主要采用注水驱动开发方式，大部分油田地层渗透率相对较低，需要高压大排量注水以满足开发需求。在注水开发过程中，由于注水井堵塞、同一区块注水压力等级不同，随着开发进行单井注入压力变化大，因滚动开发注水系统面积扩大难以将泵排量和注水压力最优匹配等原因，注入工况呈阶段性变化。而注水系统是以注水泵站为中心的系统工程，难以针对注水单井或某个区域的注入情况变化而及时优化改造注水泵站运行工况。因此，产建初期，大部分注水泵站根据开发注水预测，配备满足最大注水需求的注水泵及驱动电动机系统，以适应中长期开发需求，导致注水系统实际运行匹配不合理。另外，仍有部分注水泵电动机未实施变频控制，注水泵工频运行，在注水管网进行节流或打回流控制压力和流量，造成能量浪费；部分注水泵电动机尚属低效高耗淘汰电动机，能效等级低，运行效率和功率因数低，导致注水系统效率低。

2　电动机提效措施

油田生产中，抽油机、注水泵、压缩机等耗能设备不可避免地面临由于生产工况变化造成的运行不匹配问题。因此，油田电动机提效工作应着重以下几方面：

1）淘汰低效高耗电动机。对油田在用电动机进行排查，充分应用管理手段，对纳入国家工信部颁布的《高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录》（第一批～第三批）的低压电动机中的J、J0、J02等及其派生系列产品、2003年（含）前生产的Y、Y2、Y3、YB、YB2系列产品予以明令淘汰。

2）推广应用高效电动机。随着高效电动机技术的发展和产品更新，根据实际工况选择合适的高效电动机，如抽油机应用稀土永磁同步电动机、变频电动机、高转差电动机、低速电动机等；注水泵和压缩机应用高效YE2、YE3电动机等。

3）低效电动机进行高效再改造。与具备电动机高效再制造能力的企业合作，对不同生产环节的低效电动机开展个性化再制造研究，实现“以旧换再”。电动机高效再制造，不但可将低效电动机再制造为高效率等级电动机，并且可以实现电动机材料循环利用，减少资源浪费。

4）电动机系统节能改造技术。电动机系统节能改造是针对系统采取的设备提效、合理匹配等优化改造手段，对于不同电动机系统及运行状态，可实施不同的系统节能改造，如变频调速技术、变极调速技术、相控调压技术、优化运行和控制技术等。

5）对于新建产能设施，应根据生产预测分批建设，合理备用，避免过大的设计裕量和“一步到位”建设造成的资源浪费；根据实际工况优先选择合理匹配的高效电动机。

6）加强管理，挖掘管理节能潜力。油田生产点多面广，较为分散，且生产状况变化频繁，应制定合理的管理规程，根据工况变化对抽油机调参、注水泵优化启泵等重点生产环节实施精细化管理，使电动机系统高效运行。

3　结语

随着相关产业政策出台、标准升级，各油气田企业在推动电动机能效提升方面做了大量的工作。总体来讲，油田电动机提效工作应着重从抽油机、注水泵这两类用量大、耗电量大的电动机入手，针对性地分析其运行工况及存在的问题，综合应用更新淘汰、高效再制造、节能技术改造等技术手段全面提升电动机本体能效水平，另外，还应强化管理，应用精细管理措施充分挖掘管理节能潜力，切实贯贯彻落实国家相关产业政策要求，全面推进电支思想内容提效工作，为实现节能减排，循环发展提供支撑。

［1］郭慧彬.油田电动机系统节能运行决策支持系统研究［D］.吉林：吉林大学，2009.

页岩气探明地质储量1068×108m3

国土资源部2015年10月21日发布的《中国矿产资源报告（2015）》显示，2014年我国油气勘查取得重大突破，页岩气首次探明地质储量1068亿方。继美国、加拿大之后，我国已成为世界第三个实现页岩气工业化生产的国家。截至目前，我国已颁发页岩气探矿权54个，勘探面积达17×104km2，主要集中在四川盆地及其周缘地区。

胡庆明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.018

2015-08-11）

吕亳龙，工程师，2012年毕业于中国石油大学（华东）（油气储运专业），从事油气田与管道节能节水技术研究与管理工作，E-mail：lvbolong@petrochina.com.cn，地址：北京市志新西路3号中国石油规划总院，100083。