刘磊：抽油机平衡度对变频器耗电的影响研究第9卷第4期（2019-04）抽油机井是世界各油田的耗能大户[1]，而变频 器作为电动机调速的一种设备，由于油田抽油机井调节冲速及节能的需求被大量使用。变频器是一种原理复杂、型号繁多的设备，而抽油机是一种具有特殊变动负载的采油机械，运行中存在反发电过程与普通负载区别较大。两者结合运行，在应用上有许多需要深入研究的地方。在抽油机实际运行中不同平衡度对变频器的耗电是否有影响，影响多大就是这其中一个值得研究的问题。通过对抽油机标准试验井的实际测试来对此问题进行研究。被测抽油机型号为CYJ10-53HB，电动机型号为Y280S-8，功率为37kW。
1抽油机负载
抽油机将电动机的转动转化成抽油机驴头的上下运动，驴头向上抽液做功，向下则负载较轻。为了平衡抽油机上下负载平衡，降低电动机装机功率，在抽油机的曲柄处安装平衡块，通过调节平衡块的位置可以平衡上下冲程的最大载荷[2]。虽然可以平衡上下冲程的最大载荷却也会产生一定量的负功，即抽油机反发电。图1为试验抽油机工频下2个周期的负载曲线。可以看出，在每个周期中会有一段时间有负功产生[3]。
负功产生的原因是抽油机运行的某一时间段内平衡块释放储能带动抽油机运动超过了电动机的同
步转速，不仅不消耗电网的能量，还进行了发电。
图1工频下功率曲线
2抽油机用变频器
抽油机用变频器与普通变频器略有不同，为了解决反发电的问题需要增加元器件，主要有两种方法：加装热电阻，当产生反发电时转化成热能消耗掉，这无疑是对电能的一种浪费；加装反馈单元，将产生的电能反馈回电网，但这会增加变频器的投资。油田变频器大多采用第一种。
图2为变频某平衡度下的输入功率曲线。可以看出，使用变频器后不再产生负功，这并不是电动机不产生负功，电动机同样会产生负功，只是负功被热电阻消耗掉。
抽油机平衡度对变频器耗电的影响研究
刘磊
（大庆油田技术监督中心节能技术监测评价中心）
摘要：本文研究抽油机平衡度对变频器耗电的影响，通过分析抽油机负载及抽油机用变频器的特点，
采用客观的试验数据得出初步的结论，并首次提出不同于工频调平衡法用于变频器抽油机的调平衡方法——减少负功调平衡法。对于油田大多数变频器，该方法与传统调平衡方法相比可以节电5%～10%。
颗粒冷却塔关键词：抽油机；平衡度；变频器；能耗；节能
DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2019.04.002
作者简介：刘磊，工程师，2006年毕业于燕山大学（测控技术与仪器专业），从事油田节能监测工作，dq_liulei@cnpc，黑龙江省大庆市让胡路区西宾路552号技术监督中心，163453。
试验研究/Testing
Research
图2变频下功率曲线
3不同平衡度对变频器耗电的影响
变频器的耗电分为变频器本身及其所用热电阻。经测试，变频器效率一般为97%，即要消耗系统耗电的3%，而热电阻所消耗的负功随着平衡度的不同而不同。 图1和图2对比了同一抽油机相同平衡度下2个周期的输入功率曲线，由图1、图2可知，工频状态下有部分时间有负功产生，经计算该状态下负功占总消耗有功电量的7.30%，而变频状态下负功被抹平，即被热电阻消耗掉。两种运行方式的功率曲线只在负功位置有区别，虽然不是直接测量热电阻的消耗，但通过比较可知，占输入有功电量约7.30%的电能被消耗掉。
电量控制
因此，对于使用变频器的抽油机采油系统，应到一种科学的调平衡方法尽可能减少变频器热电阻的消耗，同时又尽量小地增加其他部分的能耗。将变频器、电动机、抽油机井看作是一个系统，使该系统的损耗最小、效率最高，而不是某一部分，可用下式的模型进行研究或计算：
q=q bpq+q dj+q cyj（1）式中：q——系统总损耗电量，kWh；
q bpq——变频器损耗电量，kWh；
q dj——电动机损耗电量，kWh；
q cyj——抽油机损耗电量，kWh。
q bpq=q bs+q dz（2）式中：q bs——变频器本身耗电量，kWh；
q dz——变频器热电阻耗电量，kWh。
旋转座椅通过对工频下不同平衡度的测量研究、其不同平衡度下负功的占比，来到减少负功的调平衡方法。
图3为工频下欠平衡曲线，平衡度为61%，负功占比为
0.56%。
图3工频下欠平衡功率曲线
图4为工频下稍欠平衡功率曲线，平衡度为69%，负功占比为
2.07%。
汽车门把手图4工频下稍欠平衡功率曲线
图5为工频下80%平衡度下功率曲线，平衡度为81%，负功占比为
4.89%。
图5工频下81%平衡度下功率曲线
图6为工频下100%平衡度下功率曲线，平衡度为100%，负功占比为9.52%。
刘磊：抽油机平衡度对变频器耗电的影响研究第9卷第4期（2019-04
）
图6工频下100%平衡度下功率曲线
图7为工频下过平衡功率曲线，平衡度为132%，负功占比为
22.65%。
图7
工频下过平衡功率曲线
通过对某机型的抽油机不同平衡度下负功占总输入电量的比例可知，过平衡会产生更多的负功，平衡可以减小负功，而100%平衡情况下负功竟然高达9.52%。因此，对于使用热电阻的变频器，应在不超载的情况下将平衡调整为欠平衡。
该试验数据只反映该类型抽油机及其测试工况的情况，并不能代表所有抽油机的情况。
4调平衡新方法——减少负功调平衡法
通常调平衡的方法为采油工定期用钳形电流表
检测上下冲程的最大电流，然后计算出平衡度，如果不在80%~110%范围内则进行调节[4-5]。
采用变频抽油机调平衡新方法——减少负功调平衡法，重要的是控制负功的占比。观察功率曲线，在1个冲速内最大功率不超过电动机额定功率的前提下，调节平衡减少功率曲线中为0的时间；观察电流曲线或者使用电流表，观察电流为0的时间，如果为0的时间偏长则需要向欠平衡方向调节。图8、图9为同一抽油机相同平衡度下2个周期
的电流曲线。
光纤熔接示意图图8
工频下电流曲线
图9变频下电流曲线
为了满足变频抽油机调平衡的要求，需要从仪器、人员、方法几方面进行更新，绘制出功率曲
线；需对采油厂的调平衡人员进行培训，会使用新的仪器和采用新的方法。
5采用调平衡新方法与旧方法的能耗
比较
分别在标准井和2口生产井上使用无反发电反
馈变频器进行抽油机调平衡能耗试验，试验过程中保证动液面深度和产液量不变，抽油机运行的设备及参数不变，仅改变调平衡方法[6]，测试结果如表1所示。
表1
变频抽油机减少负功调平衡法与原电流平衡法对比
项目
电流调平衡法有功功率/kW 减少负功调平衡法有功功率/kW 节电率/%
标准井9.6408.9457.21
生产井110.2639.7045.45
生产井27.0336.27810.74
由此可见，对于无反发电反馈的变频抽油机，减少负功调平衡法与原电流平衡法相比可以不同程度地降低电能消耗。
（下转第13页）
试验研究/Testing
Research
参考文献：
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收稿日期2019-02-20
（编辑张兴平）
（上接第8页）
6结论
1）节能方面缺少对抽油机使用变频器的深入研究；对于使用变频器的抽油机调平衡，缺少理论和试验数据的支持，急需有一套先进的方法。
2）变频抽油机调平衡的总体思路是在工况不变的条件下，应以包括变频器在内的抽油机采油系统总损耗最小为标准。
3）针对变频抽油机反发电被热电阻大量消耗的实际情况，本文提出了减少负功调平衡法，初步测试有很好的节能效果，但还需在各种机型不同工况下实际运用中完善。参考文献：
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油大学出版社，2008：4-7．
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收稿日期2019-01-22
（编辑王艳）
ENERGY CONSERVATION IN
PETROLEUM&PETROCHEMICAL INDUSTRY
No.4，2019
ABSTRACTS OF SELECTED ARTICLES
Benefit Evaluation of Pumping Well Life Cycle Based onAnalytic Hierarchy Process
LIANG Yi，GAN Qingming，ZHAO Chun，FAN Song，SHI Haixia，LEI Yu(Changqing Oilfield Branch in CNPC) 2019，9（4）：01-05
Abstract:The sucker rod pumping is used in Changqing Oilfield.The pumping wells are important assets of the oilfield.The selection of pumping equipment directly affects the cost of pumping wells in the stages of equipment investment，operation and maintenance，and determines the eco-nomic benefits of the oilfield.Applying the theory of life cycle cost of pumping wells，the evalua-tion index of life cycle cost of pumping wells is selected.Applying the analytic hierarchy process，the hierarchical model of life cycle cost evaluation of pumping wells is constructed.The quantita-tive evaluation of data of each factor is completed，the weight coefficient of influencing factors is obtained，and the influencing oil is obtained.Key factors of well cost.Applying the results of this paper to field tests，the average savings of oil wells is327000yuan per year.Theory and practice show that optimizing the type，material and structure of pumping equipment from the start of pro-duction is better than long-term maintenance and operation investment.This method provides scien-t
ific decision-making and basis for the selection of pumping well equipment and can be realized. The purpose of oil field to reduce production cost.
Keywords:pumping well；analytic Hierarchy process；life cycle of pumping wells；reduce costs
The Influence of Pumping Unit Balance of Inverter Power Research
LIU Lei(Daqing Oilfield Technology Supervision Center Energy Conservation Technology Monitoring and Evaluation Center)2019，9（4）：06-08
Abstract:In this paper，we study the influence of the pumping unit of inverter power balance，through analyzing the characteristics of the pumping unit load and the characteristics of the pump-ing unit with frequency converter，the preliminary conclusions of objective test data，and differs from that of power frequency adjustable balance method is put forward for the first time the use of frequency converter of the pumping unit-method of reducing negative work adjusting balance method.Compared with the traditional balancing method，the method can save5%-10%energy. Keywords:pumping unit；balance；frequency converter；energy consumption；energy saving
Water Injection System Evaluation Method Based on Energy Consumption Per Unit Water Injection
Capacity CHEN Lida，YANG Jiyuan，WANG Chong，HE San，DENG Zhiqiang(Liaohe Oilfield Security and Environmental Protection Technology Supervision Center)2019，9（4）：09-13
Abstract:In order to evaluate the operation of oilfield water injection system，based on the law of conservation of energy，a single pump single well model was introduced，and an evaluation meth-od based on the linear relationship between single well input power and single well unit water injec-
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