抽油机节能控制柜节电效果测试及评价_闫敬东
检测诊断
抽油机节能控制柜节电效果测试及评价
  　闫敬东　徐红梅
  　(胜利石油管理局技术检测中心)　陈　军
(胜利石油管理局开发管理部)　戴剑飞
(胜利石油管理局技术检测中心)
  摘要　为了更科学准确地测试节能控制柜的效果，编写了抽油机用节能控制柜的测试及评价方法。该测试评价方法首先是确定比较对象，再选用切换控制面板和三相电能表对电动机的输入功率进行现场测试，测试时注意普通控制柜与节能控制柜的三相输入和输出电源必须保持同相，并对所测功率因数、有功节电率和无功功率进行评价。用此方法对23个生产厂家的6种抽油机用节能控制柜的现场测试表明，各种控制柜基本都是在电动机负载率越低时，节电效果越好，在重载井上多数节能控制柜都几乎不节电。
  关键词　抽油机　节能　控制柜　测试　评价
  针对目前抽油机存在大马拉小车的现状，很多单位研制了种类繁多的抽油机用节能控制柜，这些节能控制柜的节电效果如何，目前没有统一的测试和评价方法，也没有评价标准。普遍的测试方法是，任选一台普通控制柜控制正常运行的抽油机，与节能控制柜在井场进行对比。结果是，同一台节能控制柜在不同的抽油机井上测试的节电率不同，抽油机用电动机的负载率越低，节能控制柜的节电率越高，有时相差1倍多。为了更加科学准确地测试控制柜的节能效果，笔者根据胜利油田的实际情况编写了抽油机用节能控制柜的测试和评价方法，用这种方法对23个生产厂家的6类抽油机用节能控制柜在井场进行了测试、评价及测试结果分析。
测　试　方　法
测试参数：电压、电流、有功功率、无功功率、有功电量、无功电量、抽油机上冲程最大电流、抽油机下冲程最大电流、冲次。
1.确定比较对象
(1)本次测试选取电动机额定功率为37kW的3口正常运行的油井,3台电动机的实际输入功率分别为：小于7kW、7～10kW、大于10kW。根据抽油机井场的实际运行工况，将这3种负载状态分别定义为轻载、中载和重载。3台抽油机均采用普通Y系列电动机和无任何节电措施的普通控制柜。
(2)对配用功率为30、45和55kW的节能控制柜测试。每一功率等级的节能控制柜，分别选取电动机额定功率与之相等，但负载不同的3口油井进行测试。根据实际工况，确定不同规格的控制柜在轻载、中载、重载时的电动机输入功率。
2.自制切换控制面板
为了保证节能控制柜测试前后井下工况基本保持不变，即电动机负荷不变，需自制切换控制面板(图1虚线框内部分)，实现普通控制柜工作与节能控制柜工作的瞬间切换(切换时间少于3s)，保证测试状态相同。
3.测试仪器
用数字式电能测试仪测试可控硅控制的节能控制柜，有时有一定的干扰和误差，因此选用三相电能表测试电动机的输入功率。电能表安装在切换控制面板上，测试很方便。
4.测试过程
(1)切断抽油机的上级电源，按图1把普通控
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2002年　第30卷　第2期
石　油　机　械
CHINA PET ROLE UM M ACH INE RY
闫敬东，高级工程师，生于1957年,1982年毕业于山东工业大学半导体专业，现从事油田能源检测工作，任胜利石油管理局能源监测站站长。地址:(257001)山东省东营市。电话:(0546)8558949。
(收稿日期:2001-02-20；修改稿收到日期:2001-05-10)
制柜与节能控制柜接到切换控制面板上
。图1　节能控制柜测试原理示意图
K 1、K 2、K 3———隔离开关。
(2)断开K 2、K 3，合上K 1，上级电源送电，按下普通控制柜的启动按钮，抽油机启动，稳定运
行30min ，对普通控制柜的各输入参数进行测试，共测试3次，每次约10min (以整冲次计)。其他参数如抽油机上冲程最大电流、下冲程最大电流、冲次同步测试。
(3)按下普通控制柜的停止按钮，断开K 1，合上K 2、K 3，按下节能控制柜的启动按钮，抽油机继续运行。运行5min 后，对节能控制柜的各输入参数进行测试，共测试3次，每次约10min (以整冲次计)。抽油机上冲程最大电流、下冲程最大电流、冲次同步进行测试。
须指出，普通控制柜与节能控制柜的三相输入电源和输出电源必须保持同相。
评　价　方　法
1.测试数据的处理
分别算出3组测试数据的算术平均值，参与评价计算。
2.功率因数的评价
比较节能控制柜在某口井上测试的功率因数与
普通控制柜在该井上测试的功率因数的大小。
3.有功节电率的评价
(1)评价每种型号的节能控制柜在3种负载状态下的节电率。将节能控制柜在某口井上测得的有功功率与普通控制柜测得的有功功率对比。
ηi 有=
P i 普-P i 节
P i 普
×100%
(1)
式中　ηi 有—
——第i 种型号节能控制柜的有功节电率,%;
　P i 节———第i 种型号节能控制柜的输入有功功率,kW ;
　P i 普———第i 种型号普通控制柜的输入有功功率,kW 。
(2)评价每种型号的节能控制柜在3种负载状态下的平均节电率：将每种型号的控制柜在3口井上的数据进行加权平均。
η—
有=
∑3
j =1
P j 普-∑3j =1
P j 节
∑3j =1
P j 普
×100%(2)
式中　η—
有———节能控制柜在3口井上的平均有功节电率,%;
　P j 节———节能控制柜在第j 口井的输入有功功率,kW ;
　P j 普———普通控制柜在第j 口井的输入有功功率,kW 。
4.无功功率的评价(1)评价每种型号的节能控制柜在3种负载状态下的节电率：将节能控制柜在某口井上所测得的无功功率与普通控制柜在该井上测得的无功功率进行对比。
ηi 无=
Q i 普-Q i 节
Q i 普
×100%
(3)
式中　ηi 无———第i 种型号节能控制柜的无功节电率,%;
　Q i 节———第i 种型号节能控制柜的输入无功功率,kvar 。
　Q i 普———第i 种型号普通控制柜的输入无功功率,kv ar ;
(2)评价每种型号的节能控制柜在3种负载状态下的平均节电率：将每种型号的控制柜在3口井上测得的数据进行加权平均。
η—
无=
∑3
j =1
Q j 普-∑3j =1
Q j 节
∑3
j =1Q j 普
×100%(4)
式中　η—
无———节能控制柜在3口井上的平均无功节电率,%;
　Q j 节———节能控制柜在第j 口井的输入无功功率,kvar ;
　Q j 普———普通控制柜在第j 口井的输入无功功率,kvar 。
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30·      石　油　机　械2002年　第30卷　第2期
5.综合节电率的评价
(1)评价每种型号的节能控制柜在3种负载状
态下的节电率：同一型号节能控制柜的有功功率、无功功率与对应负载状态下普通控制柜的有功功率、无功功率进行对比。
ηi 综=(P i 普-P i 节)+0.03(Q i 普-Q i 节)P i 普+0.03Q i 普
××100%
(5)
式中　ηi 综———第i 种型号节能控制柜的综合节电率,%。
(2)评价每种型号的节能控制柜在3种负载状态下的平均节电率：将每种型号的控制柜在3口井上的数据进行加权平均。
η—
综=
∑
3
j =1
(P j 普-P j 节)+0.03×∑3j =1
(Q j 普-Q j 节)∑3j =1
P j 普+0.
03∑3
j =1
Q j 普×
×100%(6)
式中　η—
综—
——节能控制柜在3口井上的平均综合节电率,%。
测试结果分析
笔者对23个厂家生产的抽油机用6种节能控制柜的节电效果在同一地点进行了测试及评价。
1.可控硅实时调压控制柜
可控硅实时调压控制柜采用可控硅实时调压技术，控制柜的输出电压随着负载的变化而变化。从测试结果可以看出，控制柜在轻载状态下节电效果较好，而在中载及重载状态下只有个别控制柜效果较好。经过分析认为，由于每个抽油机井的工况各不相同，每口抽油机井使用该类型控制柜都有一个节电最佳的对应点。因此，使用该类型控制柜必须针对每口抽油机井的工况进行调整，才能达到较好节电效果。
2.接触器切换■-Y 控制柜节能节电
该控制柜在抽油机启动时电动机以■接状态运行，以获得较大的启动转矩，正常运行后利用接触器的切换使电动机以Y 接状态运行，以减小电动机的运行电流。控制柜线路简单，维修方便，成本低，在轻载井上节电明显。但是当井下工况变化而载荷增大时，若电动机仍然以Y 接状态运行，则比常规的■接运行要多耗电；当载荷增大到一定程度时，由于Y 接运行比■接运行的转矩小，此时有可能使电动机发生堵转而停机。
3.单片机控制接触器切换■-Y 控制柜该控制柜也是通过■-Y 切换以达到节电目的，但增加了一种功能：当井下工况变化而载荷增大时，经过一定的延时，自动使电动机由Y 接运行切换到■接运行，但不能实时切换。电动机的状态转换仍然由接触器的切换来实现，属于有触点切换。
4.单片机实时控制可控硅切换■-Y 控制柜这种类型的控制柜本次测试中在3台抽油机井上的平均节电效
果最好。它除具有以上两种控制柜的特点外，还有两个特点:①当载荷变化时，不需要延时实现自动切换，可实时自动切换，这就保证了抽油机运行的每个周期都处于经济运行状态;②可控硅取代接触器，以无触点切换，延长了控制柜的使用寿命。
5.单片机控制可控硅投切的电容补偿柜补偿柜并接在抽油机的控制柜上，根据抽油机载荷的变化分级自动投切电容量。该补偿柜为有级投切，很难做到精确补偿，经常出现过补偿现象，过补偿对电动机、电容的绝缘都有损害。
6.变频器控制柜
使用该控制柜，可以很方便地调节抽油机的冲次，但是控制柜体积大，成本高，技术复杂，节电效果并不理想，不适用于抽油机井场。
结  　论
(1)6种控制柜基本都是在电动机负载率越低
时节电效果越好，在重载井上多数节能控制柜几乎都不节电。轻载、中载、重载井的节能控制柜平均有功节电率分别为8.58%、3.10%、0.95%；平均综合节电率分别为13.27%、6.51%、2.25%。
(2)可控硅自动控制的电容有级切换补偿装置只有三级切换，无法做到随机补偿。该装置与直接加装固定电容补偿相比，控制线路复杂，成本高，因此不宜在抽油机上使用。
(3)对抽油机节能控制柜的测试，必需选取一定数量的抽油机井，根据实际输入功率分轻载、中载、重载进行对比测试。
(4)有些厂家的节能控制柜节电率达30%，只是在轻载井上的特例，无普遍意义。
(5)当电动机的负载率小于20%时，使用节能柜才有较好的节电效果；当电动机的负载率大于30%时，使用节能柜基本没有节电效果。
(下转第37页)
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31·2002年　第30卷　第2期闫敬东等：抽油机节能控制柜节电效果测试及评价
将管线意外挖断停产外，至今未发生管线刺漏的事故。此前，该井钢管管线维修周期为25～30d。从意外事故挖断的管线剖面看，管线内表面光滑，无腐蚀迹象。与此形成鲜明对照的是，该站8-503井，投产不到一年，钢管管线已趋于报废。鉴于中四站混输线的中4-4站9-705井的现场试验情况，玻璃钢
复合管在耐磨、耐腐蚀方面均优于钢管，对含砂、高腐蚀性的油气混输具有极强的适应性，使用寿命长，耐磨和耐腐蚀。根据目前的使用情况，其使用寿命至少是钢管的2～3倍。考虑到玻璃钢复合管的一次性投资费用比钢管多30%，就总体经济效益而言，玻璃钢复合管仍优于钢管。故推荐使用玻璃钢复合管(或类似产品)作为混输管线。
2.管径的优化
考虑到以往生产中存在的问题，管径选择应根据地质开发资料预测，在满足生产需要和节省建设投资的前提下，尽可能减小管径，以达到提高流速，减少砂粒沉降几率，从而达到减缓腐蚀的目的。
3.应用水力喷射泵工艺
在治理地面管网的同时，笔者还采用水力喷射工艺解决下馆陶区块的井下腐蚀问题。这一工艺的应用使液量大大增加，流体流速加快，间接地解决了砂粒沉降磨损地面管网问题。
方　案　实　施
1.实施原则
①坚持局部与总体、近期与远期相结合的原则;②管网更新与技术改造相结合，以提高生产效率，保证生产正常运行为目的;③以满足生产需要和节省投资为原则。
2.实施过程
(1)计量站外输管网应用玻璃钢复合管　根据地质开发资料预测，该区块的产液量基本维持在现有水平，从满足生产需要和节省建设投资角度出发，笔者在孤1-4、孤1-10和孤1-11计量站中心处建一座阀线，将3个站的液量汇总后混输至孤岛第一联合站，管径分别选用DN150和DN250两种。各计量站至阀线布DN150管线(原管径分别为ö219钢管)，阀组至孤一联布DN250管线。共布DN250玻璃钢复合管1.28km,DN150玻璃钢复合管0.73km，管线穿越涵洞一处，管线埋地敷设。该项目已于1999年5月投产，目前运行情况良好。
(2)水力喷射泵的应用　从1997年开始，孤岛采油厂陆续在该区块建设了3座配液间，对23口油井实施水力喷射泵采油方案。为解决污水矿化度高的问题，在注入水中加入缓蚀剂。水力喷射泵的应用大大降低了躺井率，延长了油井检泵周期，同时，油井液量增加了三分之二，提高了流体流速，流体携砂能力增强，减少了砂粒沉降几率，减缓了地面管网砂磨刺漏情况的发生。
3.效益及效果分析
下馆陶区块通过进行综合治理，建设新线，改变采油方式，不但每年可以减少巨额经济损失，更为重要的是确保了下馆陶区块所辖3座计量站原油的正常生产。同时，新线的投产成功，可以大大减少维修工作量，使生产一线工人从繁重的维修中解脱出来，提高了劳动生产率。该管网投资145万元，投产后
年创经济效益75.9万元，不到两年即可收回成本。
综上所述，可得出如下结论:
下馆陶区块的综合治理已初步完成，尽管时间较短，但效果明显，经济效益巨大。玻璃钢复合管应用如不出现意外(不可抗拒力或其他非管网本身情况)，该管网3～5a之内不会发生刺漏。下馆陶区块躺井率的降低说明该区块的整体改造是成功的，同时也为孤岛采油厂乃至全局其他高难开发区块的综合治理提供了参考依据。
(本文编辑　赵连禄)
(上接第31页)
  (6)使用可控硅控制的节能控制柜，控制电路都使用集成电路和电子元件，能否适应野外工作环境，需批量经春、夏、秋、冬试验后确定。
(7)可控制硅控制的节能控制柜对便携式数字电能测试仪有一定的干扰，导致测试误差。因此，在测试可控制硅控制的节能柜时，应使用电度表；有些三相电度表的电压线圈从外表上看是接入了三相电源(380V)，而表壳内部电压线圈是Y形联接，即电度表的电压线圈实接220V，此时电度表的读数必需乘以3，才是实际所测的电能；无功电能表的接线相序不得接错，否则，无功电能表反转。
(本文编辑　丁莉萍)
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2002年　第30卷　第2期刘文波等：孤岛油田下馆陶区块地面管网综合治理     
is suitable fo r use in diameter-reducing wells,conventional vertical wells and slant w ells.The test results of seven w ells show that the sand less than0.05mm in diameter can be co ntrolled and the penetrability of the screen tube is good.
Subject Concept Terms　cam pump　design feature　application
Sun Jianjun(Nanjing College of Chem ical Technology,Nanjing),Wei Long,Zhu Hongsheng.A new test device for mechanical seal.CPM,2002,30(2):25～28
A new test device for mechanical seal is developed.In the device,the pressure of the spring can be c
on-trolled and the vibration can be measured.The device is com posed of mechanical sy stem and computer data col-lection sy stem.The mechanical system is composed of testing mechanical assembly,hydraulic loading pump sta-tion,pressure increasing and holding device for tested media,and senso rs.The computer data collection sy stem is composed of collection circuits of temperature,rotation speed of the motor,vibrating ranges,pressure of the media,leakage,to rque and spring force,serial communication controlling circuit and combined power supply. The device can be used to measure the spring pressure under dy namic conditions and analy ze the influence of vi-bration on the mechanical seal,and can be used to provide static test and w orking test for mechanical seals.
Subject Concept Terms　mechanical seal　test device　senso r　data collection
Yan Jingdong(Technical Inspection Center of Shengli Petroleum Administration Bureau,Dongying City, Shandong Prov ince),Xu Hongmei,Chen Jun,et al.Test and evaluation of energy-saving control unit of beam pumping unit.CPM,2002,30(2):29～31,37
To test the effect of the energy-saving control unit of the pumping unit accurately,a test and evaluation method is provided.Using this method,the compared objects are determined firstly,and the
n,the input power of the mo tor is tested on site using exchanging control panel and three-phase electrical energy meter.By using this method,six types of energy-saving unit of twenty-three com panies are tested and evaluated,and the re-sults show that these energy-saving units have good energy-saving effect w hen the moto r load is low.
Subject Concept Terms　pum ping unit　energy-saving　control unit　test　evaluatio n
Liu Guiling(Oil Production Technology Research Institute,Daqing Oilfield Company,Daqing City, Heilongjiang Prov ince),Wei Jide.Remarks of application of screw pumps on oil production.CPM,2002, 30(2):32～34
The screw pumps have been widely used for oil production now aday s in China.The article discusses the ra-tional matching of the pum p type w ith the surface driven device,the matching of optimum pump displacement w ith and oil well productivity,and proper selection of sucker rod,and analyzes the relevant techniques for oil production with screw pump.In addition,it also puts forw ard some problems w ith the application of screw pumps.
Subject Concept Terms　screw pump　oil production technology　applicatio n
Liu Wenbo(Gudao Oil Production Plant,Shengli Oilfield Company,Dongying City,Shandong Province),Jin W ei,Lei Jian,et al.Comprehensive treatment of surface pipeline network in Xiaguantao dis-trict of Gudao Oilfield.CPM,2002,30(2):35～37
The surface pipeline netwo rk in Xiaguantao district of Gudao Oilfield w as corroded seriously.The co rrosion mechanism and the main facto rs causing the co rrosion are analyzed.And then a perfect scheme for solving the corrosion problem is put forward,including adopting fiberglass compound pipeline,optimizing the diameter of the pipeline and applying the hy draulic jet pum p technology,and so on.
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