CN109756173B - 抽油井电动机的损耗分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油电力工程领域，特别涉及一种抽油井电动机的损耗分析方法。所述抽油井电动机的损耗分析方法通过获取抽油井电动机的负载率‑效率曲线图，确定第一临界负载率和第二临界负载率，再获取小于第一临界负载率的多个第一类型负载率和大于第二临界负载率的多个第二类型负载率及与每个负载率相对应的功率因数，建立第一负载率‑功率因数的计算表达式和第二负载率‑功率因数的计算表达式，进而得到第三临界负载率，利用第三临界负载率确定抽油井电动机的损耗情况，并判断是否需要调整电动机参数或更换合适功率的电动机，克服了现有技术中根据电动机运行的最大电流来选择电动机的额定功率的方法的不足，提高了电动机的使用效率，实现节能降耗。

Description

抽油井电动机的损耗分析方法

技术领域

本发明属于石油电力工程领域，特别涉及一种抽油井电动机的损耗分析方法。

背景技术

在采油过程中，抽油井通常采用电动机作为动力供给设备，电动机的损耗情况直接影响到电动机的使用效率。因此，如何分析确定电动机的损耗以供技术人员选择抽油井电动机的合适功率的就显得十分必要。

现有技术中抽油井电动机的使用是技术人员以井深为依据，选择适合的电动机功率，再根据电动机运行过程中的最大电流来选择电动机的额定功率。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

由于每个抽油井的井况不一样，而抽油井多为稠油井或低温度井，并且由于采油过程中，电动机的负载是不断变化的，抽油机驴头上行时耗能大，下行时耗能小，导致电动机电流和电压成相应的变化，所以，当技术人员根据电动机运行的最大电流来选择电动机的额定功率时，易导致其选择额定功率大于所需，使得电动机的无效损耗增加，电动机的使用效率低，开采过程电能消耗大。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种利用平均有功功率法的抽油井电动机的损耗分析方法，克服了现有技术中利用电动机运行的最大电流来选择电动机的额定功率的方法的不足，便于调整电动机的参数或更换适合功率的电动机，以达到节能降耗的目的。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种抽油井电动机的损耗分析方法，所述方法包括：

获取抽油井电动机的负载率-效率曲线图；

根据所述负载率-效率曲线图，得到第一临界负载率和第二临界负载率；

获取小于所述第一临界负载率的多个第一类型负载率和大于所述第二临界负载率的多个第二类型负载率以及与每个所述负载率相对应的功率因数；

根据所述多个第一类型负载率及第一类型负载率对应的功率因数，建立第一负载率-功率因数的计算表达式；

根据所述多个第二类型负载率及第二类型负载率对应的功率因数，建立第二负载率-功率因数的计算表达式；

根据所述第一负载率-功率因数的计算表达式和所述第二负载率-功率因数的计算表达式，得到第三临界负载率。

进一步地，所述获取抽油井电动机的负载率-效率曲线图之前，所述方法还包括：获取所述抽油井电动机的多个负载率和与每个所述负载率相对应的效率，绘制得到所述负载率-效率曲线图。

进一步地，所述负载率为所述抽油井电动机实测输出平均有功功率与所述抽油井电动机输出额定有功功率的比值。

进一步地，所述效率为所述抽油井电动机实测输出平均有功功率与所述抽油井电动机的实际铜损、所述抽油井电动机的额定铁损和所述抽油井电动机实测输出平均有功功率之和的比值。

进一步地，所述抽油井电动机实测输出平均有功功率通过抽油机专用电参数分析仪测量得到。

进一步地，所述根据所述负载率-效率曲线图，得到第一临界负载率和第二临界负载率具体包括：从所述负载率-效率曲线图上选取若干个负载率和与所述每个负载率相对应效率，相邻的效率的差值除以相邻的负载率的差值，得到n个取值，记为k_i，当k_i+1大于k_i时，k_i为第一临界负载率；当k_i+1小于k_i时，记k_i为第二临界负载率。

进一步地，所述第一负载率-功率因数的计算表达式为：

y₁＝a₁+b₁x₁

式中：y₁为抽油井电动机的功率因数；x₁为抽油井电动机的负载率；a₁为回归常数；b₁为回归系数。

进一步地，所述第二负载率-功率因数的计算表达式为：

y₂＝a₂+b₂x₂

式中：y₂为抽油井电动机的功率因数；x₂为抽油井电动机的负载率；a₂为回归常数；b₂为回归系数。

进一步地，所述根据所述第一负载率-功率因数的数学模型和所述第二负载率-功率因数的数学模型，得到第三临界负载率之前，所述方法还包括：验证所述第一负载率-功率因数的计算表达式和所述第二负载率-功率因数的计算表达式。

进一步地，所述验证所述第一负载率-功率因数的计算表达式和所述第二负载率-功率因数的计算表达式之后，所述方法还包括：获取待测抽油井电动机的实测负载率，若所述实测负载率小于所述第三临界负载率，则调整电动机的参数或更换电动机类型。

进一步地，所述根据所述第一负载率-功率因数的计算表达式和所述第二负载率-功率因数的计算表达式，得到第三临界负载率具体包括：在同一坐标下绘制所述第一负载率-功率因数的计算表达式的曲线图和所述第二负载率-功率因数的计算表达式的曲线图，所述第一负载率-功率因数的计算式的曲线图与所述第二负载率-功率因数的计算表达式的曲线图的交点的横坐标为所述第三临界负载率。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

本发明实施例通过获取抽油井电动机的负载率-效率曲线图，确定第一临界负载率和第二临界负载率，再获取小于第一临界负载率的多个第一类型负载率和大于第二临界负载率的多个第二类型负载率及与每个负载率相对应的功率因数，建立第一负载率-功率因数的计算表达式和第二负载率-功率因数的计算表达式，进而根据第一负载率-功率因数的计算表达式和第二负载率-功率因数的计算表达式，得到第三临界负载率，利用第三临界负载率为基准负载率，确定抽油井电动机的损耗情况，并根据第三临界负载率判断是否需要调整电动机参数或更换合适功率的电动机，克服了现有技术中利用电动机运行的最大电流来选择电动机的额定功率的方法的不足，提高了电动机的使用效率，达到节能降耗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种抽油井电动机的损耗分析方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例提供的一种抽油井电动机的负载率-效率曲线图；

图3为本发明实施例提供的一种抽油井电动机负载率-功率因数图。

附图标记分别表示为：

d₁、第一区域；d₂、第二区域；d₃、第三区域。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种抽油井电动机的损耗分析方法，结合抽油机电动机负载率、效率和功率因数这三个衡量电动机运行经济性的三个重要电参数来计算并判断电动机运行的经济性，确定是否需要调整电动机参数或者更换电动机类型，下面以YCCH280-8型电动机为例，其步骤流程图如图1所示，包括：

步骤101：获取抽油井电动机的负载率-效率曲线图。

在本步骤之前，首先获取YCCH280-8型号电动机的多个负载率和与每个负载率相对应的效率，绘制得到负载率-效率曲线图。

其中，负载率为抽油井电动机实测输出平均有功功率与抽油井电动机输出额定有功功率的比值。

抽油井电动机实测输出平均有功功率通过抽油机专用电参数分析仪测量得到，在本发明实施例中使用KD-ATLBA-A型抽油机专用电参数分析仪测量得到；电动机输出额定有功功率通过查询电动机出厂时设置的名牌得到；

效率为抽油井电动机实测输出平均有功功率与抽油井电动机的实际铜损、抽油井电动机的额定铁损和抽油井电动机实测输出平均有功功率之和的比值。

抽油井电动机实际铜损和抽油井电动机的额定铁损通过查资料得到的标准数据经过计算得到。

具体地，运用KD-ATLBA-A型抽油机专用电参数分析仪采集抽油井YCCH280-8型电动机的参数，并计算效率和负载率，其取值情况，如下表1所示，绘制负载率-效率曲线图，如图2所示；

表1 YCCH280-8型电动机负载率、效率对照表

序号	1	3	5	7	9	11	13	15	17	19	21
												负载率％	5	15	25	35	45	55	65	75	85	95	105
效率％	30.4	75.8	85.1	86.7	89.6	90.7	91.1	91.6	91.4	90.6	88.8
												序号	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20	22
负载率％	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110
												效率％	60.3	82.4	85.8	88.4	90.4	90.9	91.3	91.8	91.2	89.7	84.8

步骤102：根据负载率-效率曲线图，得到第一临界负载率和第二临界负载率。

具体地，从负载率-效率曲线图上选取若干个负载率和与每个负载率相对应效率，相邻的效率的差值除以相邻的负载率的差值，得到n个取值，记为k_i，当k_i+1大于k_i时，k_i为第一临界负载率；当k_i+1小于k_i时，记k_i为第二临界负载率。

可以知道，第一临界负载率小于第二临界负载率，因此，负载率取值为0到第一临界负载率，记为第一区域d₁；负载率取值为第一临界负载率到第二临界负载率，记为第二区域d₂；负载率取值为大于第二临界负载率，记为第三区域d₃，如图2所示。

步骤103：获取小于第一临界负载率的多个第一类型负载率和大于第二临界负载率的多个第二类型负载率以及与每个负载率相对应的功率因数。

具体地，从多口均使用YCCH280-8型号电动机的抽油井，在本发明实施例中，通过从100口使用YCCH280-8型号电动机的抽油井中利用KD-ATLBA-A型抽油机专用电参数分析仪采集参数，直接读出多个抽油井电动机实测输出平均有功功率和与之相对应的功率因数的平均值，继而计算得到多个第一类型负载率和多个第二类型负载率以及每个负载率相对应的功率因数，其中，获取的负载率的取值小于第一临界负载率或大于第二临界负载率。

步骤104：根据多个第一类型负载率及第一类型负载率对应的功率因数，建立第一负载率-功率因数的计算表达式。

具体地，第一负载率-功率因数的计算表达式为：

y₁＝a₁+b₁x₁

式中：y₁为抽油井电动机的功率因数；x₁为抽油井电动机的负载率；a₁为回归常数；b₁为回归系数。

其中，

在本发明实施例的抽油井电动机的损耗分析方法中，对于YCCH280-8型电动机，第一负载率-功率因数计算表如下：

表2第一负载率-功率因数计算表

得到：

确定第一负载率-功率因数的计算表达式为：y₁＝0.0659+2.3672x₁

步骤105：根据多个第二类型负载率及第二类型负载率对应的功率因数，建立第二负载率-功率因数的计算表达式。

具体地，第二负载率-功率因数的计算表达式为：

y₂＝a₂+b₂x₂

式中：y₂为抽油井电动机的功率因数；x₂为抽油井电动机的负载率，a₂为回归常数；b₂为回归系数。

其中，

在本发明实施例的抽油井电动机的损耗分析方法中，对于YCCH280-8型电动机，第二负载率-功率因数计算表如下表所示：

表3第二负载率-功率因数计算表

得到：

确定第二负载率-功率因数的计算表达式为：y₂＝0.3436+0.5165x₂

进一步地，在得到第一负载率-功率因数的计算表达式和第二负载率-功率因数的计算表达式后，需要对第一负载率-功率因数的计算表达式和第二负载率-功率因数的计算表达式进行合理性验证，即验证第一负载率-功率因数的计算表达式和第二负载率-功率因数的计算表达式。

可以通过相关系数检验、回归系数的显著性检验和回归方程的显著性检验来进行判定，具体如下：

(1)相关系数检验

对于第一负载率-功率因数的计算表达式，当自由度n-2(n为小于第一临界负载率的采样个数)，显著水平a＝0.05时，R₁越接近1，说明回归效果越好。

具体在本发明实施例中进行验证，验证过程如下表所示：

表4相关系数R₁计算表

得到：

因此，在自由度n-2(n为30)和显著水平a＝0.05时，R＝0.9984大于临界值0.36101，且R值接近1,说明x₁和y₁线性关系成立，且回归效果好。

对于第二负载率-功率因数的计算表达式，当自由度n-2(n为大于第二临界负载率的采样个数)，显著水平a＝0.05时，R₂越接近1，说明回归效果越好。

在本发明实施例中进行验证，验证过程如下表所示：

表5相关系数R₂计算表

得到：

因此，在自由度n-2(n为30)和显著水平a＝0.05时，R＝0.8586大于临界值0.36101，且R值比较接近1,说明x₂和y₂线性关系成立，且回归效果好。

(2)回归系数的显著性检验

对于第一负载率-功率因数的计算表达式，t₁的值大于t(a/2,n-2)的值，说明x₁和y₁中间的线性假设合理，且x₁和y₁之间有重要的影响作用。

具体在本发明实施例中进行验证，验证过程如下表所示：

表6显著性t₁计算表

得到：

因此，t₁的值大于t(a/2,n-2)的临界值2.048时，说明t₁通过检验，x₁和y₁之间的线性假设合理，x₁和y_1之间有重要的影响作用。

对于第二负载率-功率因数的计算表达式，t₂的值大于t(a/2,n-2)的值，说明x₂和y₂中间的线性假设合理，且x₂和y₂之间有重要的影响作用。

具体在本发明实施例中进行验证，验证过程如下表所示：

表7显著性t₂计算表

得到：

因此，t₂的值大于t(a/2,n-2)的临界值2.048,说明t₂通过检验，x₂和y₂中间的线性假设合理，且x₂和y₂之间有重要的影响作用。

(3)回归方程的显著性检验

对于第一负载率-功率因数的计算表达式，F₁大于显著水平a＝0.05，自由度n₁＝1，n₂＝n-2，表明F₁通过检验，x₁对y₁有重要作用。

具体在本发明实施例中进行验证，验证过程如下表所示：

表8显著性F₁计算表

得到：

因此，F₁大于显著水平为a＝0.05,自由度n₁＝1，n₂＝n-2＝28时的F值，说明F通过检验，x₁对y₁有重要作用。

对于第一负载率-功率因数的计算表达式，F₂大于显著水平a＝0.05，自由度n₁＝1，n₂＝n-2，表明F₂通过检验，x₂对y₂有重要作用。

具体在本发明实施例中进行验证，验证过程如下表所示：

表9显著性F₂计算表

得到：

因此，F₂大于显著水平为a＝0.05，自由度n1＝1，n2＝n-2＝28时的F值，说明F通过检验，x₂对y₂有重要作用。

综上所述，根据上述相关系数检验、回归系数的显著性检验和回归方程的显著性检验，说明第一负载率-功率因数计算表达式和第二负载率-功率因数计算表达式的合理性。

步骤106：根据第一负载率-功率因数的计算表达式和第二负载率-功率因数的计算表达式，得到第三临界负载率。

具体地，在同一坐标下绘制第一负载率-功率因数的计算表达式的曲线图和第二负载率-功率因数的计算表达式的曲线图，如图3所示，第一负载率-功率因数的计算式的曲线图与第二负载率-功率因数的计算表达式的曲线图的交点的横坐标为第三临界负载率。

在本发明实施中，利用KD-ATLBA-A型抽油机专用电参数分析仪采集采用YCCH280-8型号电动机的待测井的电参数，计算得到的第三临界负载率为15％。

利用抽油机专用电参数分析仪采集采用抽油井电动机的待测井的电参数，计算得到待测抽油井电动机的实测负载率，若实测负载率小于上述计算得到的第三临界负载率，则调整电动机的参数或更换电动机的类型；若实测负载率大于等于上述计算得到的第三临界负载率，则可以继续使用该类型的电动机，对电动机的参数不进行调整，克服了现有技术中利用电动机运行的最大电流来选择电动机的额定功率的方法的不足，提高了电动机的使用效率，达到节能降耗的目的。

在本发明实施例中，若实测的YCCH280-8型号电动机的负载率小于15％时，调整电动机的参数或更换电动机的类型；若实测的YCCH280-8型号电动机的负载率大于等于15％时，可以继续使用该类型的电动机，对电动机参数不进行调整。

在实际的应用过程中，以采用YCCH280-8型号电动机的桐XX-21井为例，运用KD-ATLBA-A型抽油机专用电参数分析仪采集YCCH280-8型号电动机的参数，得到实测输出平均有功功率为3.87kW，日耗电量92.8kWh，电动机输出额定有功功率档位选择是30kW，计算实测负载率为0.129，其取值小于第三临界负载率15％，因此要对电动机的档位进行调整，改选用最小档位13.7kW，再次检测计算得到实测负载率为0.2825，模型计算功率因数0.7345，实际测试功率因数0.65，达到了《石油企业抽油井管理标准》标准功率因数大于0.4的要求，并且日耗电量降低到88.57kWh，日均节电4.23kWh，实现了节能降耗的作用。

本发明实施例的抽油井电动机损耗分析方法通过获取抽油井电动机的负载率-效率曲线图，确定第一临界负载率和第二临界负载率，再获取小于第一临界负载率的多个第一类型负载率和大于第二临界负载率的多个第二类型负载率及与每个负载率相对应的功率因数，建立第一负载率-功率因数的计算表达式和第二负载率-功率因数的计算表达式，根据第一负载率-功率因数的计算表达式和第二负载率-功率因数的计算表达式，得到第三临界负载率，利用第三临界负载率为基准负载率，确定抽油井电动机的损耗情况，并根据第三临界负载率判断是否需要调整电动机参数或更换合适功率的电动机，克服了现有技术中利用电动机运行的最大电流来选择电动机的额定功率的方法的不足，提高了电动机的使用效率，达到节能降耗的目的。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抽油井电动机的损耗分析方法，其特征在于，所述方法包括：

获取抽油井电动机的负载率-效率曲线图；

从所述负载率-效率曲线图上选取若干个负载率和与每个负载率相对应效率，相邻的效率的差值除以相邻的负载率的差值，得到n个取值，记为k_i，当k_i+1大于k_i时，k_i为第一临界负载率；当k_i+1小于k_i时，记k_i为第二临界负载率；

获取小于所述第一临界负载率的多个第一类型负载率和大于所述第二临界负载率的多个第二类型负载率以及与所述第一类型负载率和所述第二类型负载率分别对应的功率因数；

根据所述多个第一类型负载率及第一类型负载率对应的功率因数，建立第一负载率-功率因数的计算表达式；

根据所述多个第二类型负载率及第二类型负载率对应的功率因数，建立第二负载率-功率因数的计算表达式；

验证所述第一负载率-功率因数的计算表达式和所述第二负载率-功率因数的计算表达式；

在同一坐标下绘制所述第一负载率-功率因数的计算表达式的曲线图和所述第二负载率-功率因数的计算表达式的曲线图，所述第一负载率-功率因数的计算式的曲线图与所述第二负载率-功率因数的计算表达式的曲线图的交点的横坐标为第三临界负载率；

获取待测抽油井电动机的实测负载率，若所述实测负载率小于所述第三临界负载率，则调整电动机的参数或更换电动机类型。

2.根据权利要求1所述的抽油井电动机的损耗分析方法，其特征在于，所述获取抽油井电动机的负载率-效率曲线图之前，所述方法还包括：获取所述抽油井电动机的多个负载率和与每个所述负载率相对应的效率，绘制得到所述负载率-效率曲线图。

3.根据权利要求2所述的抽油井电动机的损耗分析方法，其特征在于，所述负载率为所述抽油井电动机实测输出平均有功功率与所述抽油井电动机输出额定有功功率的比值。

4.根据权利要求2所述的抽油井电动机的损耗分析方法，其特征在于，所述效率为所述抽油井电动机实测输出平均有功功率与所述抽油井电动机的实际铜损、所述抽油井电动机的额定铁损和所述抽油井电动机实测输出平均有功功率之和的比值。

5.根据权利要求3或4所述的抽油井电动机的损耗分析方法，其特征在于，所述抽油井电动机实测输出平均有功功率通过抽油机专用电参数分析仪测量得到。

6.根据权利要求1所述的抽油井电动机的损耗分析方法，其特征在于，所述第一负载率-功率因数的计算表达式为：

y₁＝a₁+b₁x₁

式中：y₁为抽油井电动机的功率因数；x₁为抽油井电动机的负载率；a₁为回归常数；b₁为回归系数。

7.根据权利要求1所述的抽油井电动机的损耗分析方法，其特征在于，所述第二负载率-功率因数的计算表达式为：

y₂＝a₂+b₂x₂

式中：y₂为抽油井电动机的功率因数；x₂为抽油井电动机的负载率；a₂为回归常数；b₂为回归系数。