黄松林，甄东胜，李勇强，刘玉喜
摘要：以胜利油田自主开发的油井“超慢冲”调节器，结合实际对油田低产低效油井地面电气拖动系统实施优化整合，形成了一套节能高效的低产低效井地面电气配置经过试验，该系统实现了稳产增效的工艺目标，取得了明显的经济效益。
关键词：低产低效井；优化电气配置；稳产增效
中图分类号：TP921.5文献标识码：B
随着老油田进入中后期开采阶段，油井地层能量逐步降低，只有按照“充分挖掘油井生产能力，兼顾电能消耗最小”的原则，才能实现油井生产的效益最大化。为克服抽油机皮带轮极限调速限制，先后采用了许多工艺技术。
2005年4月，以胜利油田自主研发的“超慢冲”调节器，在低产低效井上开展应用，按照系统节电理念，经过反复测试和分析，相应地将油井电动机、电动机控制柜、井口变压器进行了系统性优化改造，并获得成功。在解决低产低效井冲次动态调整问题的同时，通过油井拖动系统优化，同时解决了低产低效井电器设备的“大马拉小车”问题：实现了既满足配产，又降低能耗的油井调参目标，取得了显著的经济效益。获得胜利油田年度科技进步（推广创新）奖。
一、“超慢冲”调节器技术及其特点
1．“超慢冲”的研制
“超慢冲”调节器是安装在电机与变速箱之间的一个减速装置，通过更换该装置两个不同尺寸的皮带轮，可实现油井所需0.5~4次／min的任意调节。
该装置应用于油井的结构简图见图1所示。
2．“超慢冲”调节器的主要技术参数
(1)电机。根据目前抽油机井多使用六极电动机的情况，“超慢冲”调节器以转速970r/min为初级转速。
(2)皮带。皮带2采用B型皮带轮传动，皮带数为四，有效长度由不同型号抽油机的安装位置确定，推荐使用B-2000，B-1800，B-1500。传动皮带9用窄V联组皮带传动。
(3)皮带轮。电机皮带轮3、Ⅱ级皮带轮4、Ⅲ级皮带轮8均采用铸铁HT-20-40加工制成，结构尺寸由不同机型抽油机的不同冲次要求确定。
(4)传动轴。传动轴7加工为实心台阶轴，材料为45#钢，调质处理，两端轴承支撑。
(5)皮带轮传动。电机皮带轮3、Ⅱ级皮带轮4、Ⅲ级皮带轮8与轴的传动均使用平健传动。
(6)轴承。传动轴两端轴承6选用内圈单挡边圆柱滚子轴承42310E，能够承受较高负荷，成对使用能轴向止推，铿基润滑脂润滑，毛毡密封。
(7)基础件。底座5使用铸铁HT20-40铸造加工成型，空腔，两端固定轴承，用四只M24的T型螺栓紧固在滑道底座上。
3．“超慢冲”调节器工作原理
电机1将动力通过调节皮带2传到Ⅱ级皮带轮4，传动轴7使Ⅲ级皮带轮8与Ⅱ级皮带轮同步旋转，将动力通过抽油机传动皮带9传递给抽油机大皮带轮，实现抽油机减速箱的正常工作。“超慢冲”调节器能够实现0.5~4次／min大范围冲次调节的作用，能够解决原来由于皮带轮包角问题对抽油机最低冲刺只能达到3~4次／min的限制，从而能够实现低产低效井“供排关系”的最佳匹配，进而实现提高泵效和稳产。
二、以“超慢冲”调节器为核心，优化低产低效井地面拖动系统配置
一般随着抽油机冲次的大幅度降低，由于驴头悬点的动载荷与冲次的平方成正比，动载荷大大降低，因此悬点的最大载荷大幅降低，减速箱的负载最大扭矩也大幅降低；冲次降低后，减少了负荷的脉动性，抽油杆自由纵振产生的振动载荷也大大降低；上冲程中，抽油杆柱与油管之间、柱塞与衬套之间、液柱与油管之间的摩擦力大大降低，也导致悬点载荷降低。这些受力变化，实质上反映出抽油机降低冲次后，悬点的有效功率和最大功率也大幅降低。为此，我们开展了低产低效井地面拖动系统的配置优化。
1．以减少电动机空载损耗、提高功率因数为目标采用小容量稀土永磁同步电动机
由于稀土永磁同步电机以稀土材料制成转子，不用励磁，一般效率达到95％以上，具有优越的电气特性。一是高效节能；二是功率因数0.9以上；三是永磁同步电动机效率曲线好，负载在1/4时，效率仍能达到92％以上；四是稀土永磁电动机还有结构简单、寿命长、维护方便的特点。
根据稀土永磁同步电动机的电磁转矩是同容量、同极数Y系列异步电动机的1.8倍的特点，选择校验稀土永磁电动机的容量时，利用公式：Pxt（选择的稀土永磁电动机容量）=Py（异步电动机容量）/1.8，计算得：可用30kW稀土永磁电极代替55kW异步电动机；可用22kW稀土永磁电极代替37kW异步电动机。
2．以减少变压器空载损耗和减少变压器容量为目标采用小容量配电变压器
在确定电动机容量后，变压器容量亦基本能够确定。因此，选用30kV"A的配电变压器启动22kW电动机固然没有问题，但启动30kW的电动机，则满容量启动。因此，选择过负载能力强，空载损耗和短路损耗都较S7型变压器更加优越，启动压降很小的S11-30kV"A/6kV型变压器。经过试验，非常可靠。
3．典型井试验
2005年4～6月，我们在义和油田的D43-19井进行了试验。
以测试仪器数据作为依据进行比较。三种情况下测试效果对比，如表1所示。
表1改造前后三种情况测试结果比较
注：1．测试实验中的三次测试，所用“测试时间”均为10min；
2．表中“吨液电耗”栏数据是计算数据：有功率功率×24h/当天产液量。
D43-19井应用“超慢冲”调节器配套优化低产低效井地面拖动系统改造前后挂电度表测试数据对比如表2所示。
表2大43-19井系统节能改造前后效果对比
表2所得结果56.15％的节电效果，反映出两种测试方法的结果基本吻合，进一步说明了D43-19井应用“超慢冲”调节器配套优化低产低效井地面拖动系统，工艺节能效果明显。图2反映D43-19改造前后生产情况的示意图。
三、效益分析
1．推广规模
2005年我们应用“超慢冲”调节器优化低产低效井地面拖动系统节能改造工作，经历了“先导试验、技术规范、推广应用”的过程，项目的试验成功，为我厂治理低产低效井提供了成功案例。2005年，我厂在认真总结试验经验的基础上，在义和油田和渤南油田各实施了50口井，共计100口低产低效井的改造，从目前情况看，工艺效果和节电效果非常明显。
2．经济效益分析
2005年8月，渤南油田和义和油田的全部100口改造井，油井冲次都从5~6次降到了2~3次，以大43-19井挂电度表测试的数据看，电度表反映的节电率达到56％以上，由此经济效益：
(1)年节约电费。每口油井改造前的日平均电耗为200kW"h/d，每口油井的日平均节电率按50％计算，则全厂100口油井经节能系统改造后的年节电：200kW"h/d×360×100×50%=360万kW"h
年节约电费：360万kW"h×0.46元／kW"h=165.6万元
(2)年节基本电费。此次改造100kV"A变压器70台、50kV"A30台，共计减少变压器容量=5500kV"A，折合节电费76.2万元/a。
(3)投资回收期1.24a。