游梁式抽油机变频节能技术应用研究

2017-01-20鞠汉良柯军高宏亮

中国设备工程 2017年4期

关键词：冲程抽油机油井

鞠汉良，柯军，高宏亮

（中国石油吐哈油田三塘湖采油厂，新疆哈密 8 3 9 0 0 9）

游梁式抽油机变频节能技术应用研究

鞠汉良，柯军，高宏亮

（中国石油吐哈油田三塘湖采油厂，新疆哈密 8 3 9 0 0 9）

在油田生产中，抽油机是耗能较大的石油开采机械，在运行过程中，其工况参数将随着供液量情况而发生变化，一旦工况出现问题，很可能造成较大的电能浪费。为了在提升采油效率的同时降低运行能耗，就需要做好抽油机变频节能相关工作。本文主要对游梁式抽油机变频节能技术的应用进行了详细的研究。

游梁式抽油机；变频节能；技术应用；研究

在工作过程中，抽油机通过电机实现减速器的驱动，使其带动四连杆机构实现驴头的上下摆动，在驴头摆动时，会在对抽油杆产生带动作用的情况下使活塞泵实现上下往复运动，以此实现整个抽汲过程。抽油机在上下运行过程中，具有较大的负载变化，减速器净扭矩也具有较大的波动幅度，该情况反映在电机上，则表现为电流具有较大的变化。根据抽油机平衡装置特性，在扭矩方面具有较高的要求，即在静止状态下也能启动。为了对该目标进行较好的实现，在电机设备选择当中，就需要对电机额定功率引起充分的重视，保证额定功率值能够满足要求，当其启动之后，在负载下降的情况下使电机工作在轻载状态当中。此时，电机效率一般都处于5 0%左右，功率因数则在0.4左右，存在较为严重的能源浪费情况，因此其具有较好的节能潜力。在具体节能处理中，主要具有两方面内容：第一，从电动机自身考虑，对电机的效率以及负荷率进行提升；第二，从系统层面考虑，对电机机械特性进行改变，在使泵、机、杆系统实现较好配合的情况下达到系统效率的提升。通过对这两种情况的比较，可以发现，第二种方式同第一种相比具有更大的潜力，通过在抽油机当中对变频调速技术的应用，不仅能够使泵、机、杆三者间实现较好的配合，且能够在提升自动化程度的情况下减少工人工作量，在获得明显节能效果的情况下获得更好的经济效益。

1 抽油机变频改造方案

1.1 难点

在抽油机改造过程中，其所具有的难点有：第一，其在单一工作循环中，具有两次发电状态。在该种情况下，如果没有做好相关措施的应用，则可能因此使变频器发生故障；第二，当启动抽油机时，其在设备转矩方面需求较大，如果此时没有设置好变频器参数，则可能因此出现其不能启动或过流情况；第三，在异常设计方案当中，在油浓度以及油井液面变化方面没有做好考虑，因此，在产量提升效果方面存在一定的不足。

1.2 改造方案

同普通变频器比较而言，变频器在抽油机当中具有以下特点：根据抽油机特殊工作特点以及载荷特点，在按照工作标准严格设计的情况下实现抽油机用变频器的制造，即将防雷击装置、干扰滤波器等设备都集成在该变频器当中，以此整体提升设备的可靠性。抽油机在工作当中为交变工作载荷，即在变频器当中具有相应的控制程度，即在供液情况下实现对工作制度的自动调整，在对原有固定动态特性进行转变的情况下使其能够根据实际开采情况自动调节，即具有可变动态的特点，在对排量系数以及泵充满系数进行提升的情况下达到无极调速、节能以及增产的效果。同时，其使用动态调节抽油机频次以及上下行程速度，以此在增产的同时也具有较好的节电效果：第一，能够以动态的方式实现抽油机冲程频次的调节。对于抽油机冲程频次而言，以往可以通过机械的方式对其进行调整，但对该方式来说，当完成调整之后，则不能经常进行改动。同时，以皮带轮直径对频次进行调整的方式较为有限，并不能对油井负荷的动态适应需求进行满足。而在变频调速状态下，则能够在工作当中对抽油机转速实现动态调整，即在实现抽油机冲次无极调节的情况下对泵的充满度进行调整，在对抽取效率积极提升的情况下增加原油产量，在实现电机功率减少的情况下达到节能目标；第二，能够在对抽油机上下形成速度进行动态调节的基础上达到增产节能目标。在对变频调速技术进行应用的情况下，通过死点位置传感器的应用，则能够对变频调速器上下冲程不同频率电源的输出进行控制，使上下冲程在具有不同转速的情况下对抽油机上下冲程速比进行调节。此外，也能够联系实际需求对每个冲程速度进行调整，以此实现油泵充满度的提升。而通过对上行程速度的适当提升，则能够在对提升过程漏失系数进行减少的情况下达到增产效果。

2 现场应用

抽油机变频器在具体应用中，能够根据油井工矿对上下冲程以及冲程的频次进行调节，以此使油井供排系统能够处于动态协调状态下。以我国某油田抽油机为例，在现场对抽油机情况以及油井工况研究之后，确定对前期油井以及中后期油井分别开展变频改造：在前期油井当中，由于目标油井刚刚开采，具有较大的储油量，为了能够获得功效的提升，现场确定通过对其冲程频次进行提升的方式使变频器运行在6 5 Hz，即在提升1/3频率的情况下提升3 0%电机转速，在获得较高采油量的同时同工频情况相比采油率具有3 0%的提升。采油量也随之提升，同工频情况相比，综合采油率具有了2 0%的提升；中后期油井方面，由于目标井所具有的储量相对较小，在供液能力方面存在不足的情况下，如果此时电机依然按照工频运行，则将在对电能产生浪费的情况下导致不必要损坏的发生。对此，则对抽油机冲程频次进行调整，以上快下慢的方式开采，将其频率设置在3 5～4 5 Hz间，以此使电机平均转速下降约2 0%。由于采油设备具有较轻的负荷，节电率则可以达到2 5%左右。而在稠油井开采中后期，由于原油黏度不断提升，以往经常会出现光杆同驴头“打架”的情况，通过上快下慢工艺的应用以及对冲程频次的调节，则能够在避免该种情况发生的基础上实现开采时间的延长，同时也是对原油产量的积极提升。

3 注意事项

在变频改造中，需要注意以下几个方面：第一，根据抽油机转矩较大的特点，在具体改造中，需要做好转矩提升曲线的设置，使其能够满足工作开展要求，而如果没有做好转矩提升曲线设置，电流值将因此增大；第二，当抽油机滑块下降时，其整体负荷将不断降低，并使电机处于再生发电状态当中。当能量进入到变频器设备之后，则会在转换为直流电施加在电路后实现母线电压的提升。在这里，需要做好电压值的控制，如果其值过高，则将对主器件造成损坏，如功率模块以及电解电容等。对此，就需要做好制动回路的施加，在及时做好再生电压释放的情况下使主回路器件能够工作在安全电压当中；第三，由于抽油机一般在恶劣环境当中工作，且较多为无人看守。对此，就对变频器的环境适应能力以及可靠性提出了更高的要求。对此，就需要做好高可靠性变频器的选择，同时做好双层控制柜的设计，在其中做好自动控制系统的设置。在高温情况下，风冷系统将自动启动，排出柜内热量。在低温情况下，则将自动加热，以此保证变频器能够始终工作在理想的温度环境下。同时，由于控制柜为双层结构，也避免了阳光对其进行直射。

4 应用效果

同传统抽油机相比，专用变频器控制的抽油机具有以下方面特点：第一，在运行中，将实现抽油机的软启动，在较大程度降低启动电流的基础上避免对抽油机以及电动机设备产生过大周期，即以此实现设备使用寿命的延长；第二，提升电动机功率因数，在实现无功损耗减少的基础上实现变压器以及电网运行负担的减轻；第三，具有较强的通用性，即对油井不同工况下要求进行满足，而根据其供油能力，则能够在实现抽油机参数动态调整的基础上提升原有产量；第四，变频器具有短路、过压以及失速等多项功能，即以可靠、精确的方式实现电机保护；第五，在科学调节范围当中实现抽油机冲程的无极调节，包括下上冲程速度比以及冲次等；第六，操作便捷，能够通过面板实现相关参数的调节以及设定，且便于用户的掌握。