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油田抽油機(jī)的變革 ——IMS系列油田抽油機(jī)專用伺服控制系統(tǒng)

時間:2009-08-04 15:52:50來源:ronggang

導(dǎo)語:?此伺服控制系統(tǒng)可結(jié)合抽油機(jī)的運(yùn)行工況和油井的實(shí)際情況,及時地、自動地調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行速度、加速度、扭矩等參數(shù),使原有拖動電機(jī)在高效、節(jié)能狀態(tài)進(jìn)行工作
一、概述   目前,在我國各油田的抽油機(jī)總數(shù)已超過10萬臺,是各油田的主要耗能設(shè)備。按每臺電機(jī)容量30KW(實(shí)際上不止于此,在油田使用最多的是37KW和45KW電機(jī),部分使用55KW和75KW電機(jī),30KW電機(jī)較少使用)計(jì)算,裝機(jī)總?cè)萘吭谌偃f千瓦以上。作為油田生產(chǎn)中使用最多的耗能設(shè)備,抽油機(jī)拖動電機(jī)的負(fù)載率普遍較低,造成能源浪費(fèi)。   在實(shí)際開采作業(yè)過程中,抽油機(jī)受油井的井深、油質(zhì)、雜質(zhì)、含沙量、含水量等諸多客觀因素的影響,須經(jīng)常性地調(diào)整作業(yè)沖次、沖程,甚至于電機(jī)的功率;同時,由于油田所處地理位置、緯度的不同,以及所處地區(qū)的氣候等自然因素(一般是緯度越高,氣候越寒冷,石油的黏稠度越大),也會對開采作業(yè)產(chǎn)生影響,要求抽油機(jī)根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行相應(yīng)的速度調(diào)整。   鑒于以上所述油田抽油機(jī)的技術(shù)要求以及使用的社會效益,抽油機(jī)對電機(jī)控制系統(tǒng)的基本要求是:大范圍穩(wěn)定可靠的無級調(diào)速;具有比較顯著的節(jié)電效果。 二、IMS系列油田抽油機(jī)專用伺服控制系統(tǒng)   IMS系列伺服控制器是時光科技有限公司研制、開發(fā)的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的交流異步電機(jī)伺服控制器。其控制對象是普通的三相交流異步電機(jī),控制精度達(dá)到同步伺服電機(jī)的水平。IMS系列伺服控制器調(diào)速范圍廣,定位精度高,低速轉(zhuǎn)矩大,軟件功能完善。   在此基礎(chǔ)上,公司研制了IMS系列油田抽油機(jī)專用伺服控制系統(tǒng)。此伺服控制系統(tǒng)可結(jié)合抽油機(jī)的運(yùn)行工況和油井的實(shí)際情況,及時地、自動地調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行速度、加速度、扭矩等參數(shù),使原有拖動電機(jī)在高效、節(jié)能狀態(tài)進(jìn)行工作。通過在中原、勝利油田的實(shí)際應(yīng)用,證明了IMS系列油田抽油機(jī)專用伺服控制系統(tǒng)可以簡便而安全的進(jìn)行調(diào)速操作,大大降低了現(xiàn)場工作人員的工作強(qiáng)度,提高了生產(chǎn)效率,并取得了明顯的節(jié)能效果。  ?。ㄒ唬㊣MS系列伺服控制系統(tǒng)的構(gòu)成   IMS系列油田抽油機(jī)專用伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成圖。 [align=center] 圖1 IMS系列油田抽油機(jī)專用伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成圖[/align]   (二)IMS系列伺服控制系統(tǒng)的特點(diǎn) [align=center] IMS節(jié)能伺服控制柜[/align]   1、交-直-交的主電路   IMS系列伺服控制單元先將輸入的三相50Hz交流電變?yōu)橹绷鳎倌孀優(yōu)轭l率、電壓有效值可調(diào)的三相交流電供給拖動電機(jī),從而起到如下作用:  ?、?有效消除由于輸入的電壓三相不平衡所導(dǎo)致的電機(jī)溫升增加及空載損耗,達(dá)到節(jié)電效果;  ?、?按抽油機(jī)所需的電機(jī)功率及時改變供給電機(jī)的電壓和電流,而對無功電流進(jìn)行有效控制,達(dá)到節(jié)電效果。   2、大范圍的速度控制   IMS系列伺服控制單元采用伺服控制,準(zhǔn)確地、大范圍地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,滿足了抽油機(jī)調(diào)整沖次的要求。   3、三倍額定轉(zhuǎn)矩的過載能力   IMS系列伺服控制單元在零至額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有恒轉(zhuǎn)矩輸出特性,并具有三倍額定轉(zhuǎn)矩的過載能力。因此,在很低的轉(zhuǎn)速下,電機(jī)可以輸出額定轉(zhuǎn)矩并具有300%的過載能力,滿足了抽油機(jī)變負(fù)載的工作要求。   4、低速大轉(zhuǎn)矩的控制特性   IMS系列伺服控制單元在抽油機(jī)電機(jī)啟動的過程中,可以驅(qū)動電機(jī)輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。從而在轉(zhuǎn)速從0上升到設(shè)定值過程中,使電流平穩(wěn),實(shí)現(xiàn)了真正的“軟啟動”。這樣不僅避免了對電網(wǎng)的沖擊,而且能夠延長電機(jī)的使用壽命并提高電動機(jī)的功率因素。如用于負(fù)荷較輕的油井,在伺服軟啟動的基礎(chǔ)上,完全可以用較小功率的電機(jī)取代原有的電機(jī),進(jìn)一步地節(jié)約能源。   5、下慢上快的速度控制   IMS系列伺服控制單元通過速度與轉(zhuǎn)矩的可解耦以及獨(dú)立控制,實(shí)現(xiàn)了對抽油沖程下慢上快的速度控制,從而提高了抽油機(jī)的出油量。   6、具有內(nèi)部軟PLC功能   IMS系列伺服控制單元根據(jù)對力矩變化規(guī)律的分析,利用內(nèi)部軟PLC功能,編制抽油機(jī)的運(yùn)行程序?qū)Τ橛蜋C(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行監(jiān)測;按照力矩的變化趨勢,設(shè)定電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不同控制方式,從而達(dá)到節(jié)電的目的。 三、IMS伺服控制柜的應(yīng)用實(shí)例   1、應(yīng)用實(shí)例一   地點(diǎn):Z油田2-102井   測試日期:2003年3月29日   配備電機(jī): 37kW普通異步電機(jī)(6極)   抽油機(jī)沖次:5次/分   測試時間:10分鐘   測試數(shù)據(jù):
  使用IMS伺服控制柜的節(jié)電率為8.3%。   2、應(yīng)用實(shí)例二   地點(diǎn):S油田35-4206井   測試日期:2004年1月4日~2004年1月12日   配備電機(jī):30kW普通異步電機(jī)(6極)   抽油機(jī)沖次:7次/分   測試時間:工頻和IMS伺服控制柜輪換運(yùn)行(各24小時,共8天)   測試數(shù)據(jù):
  使用IMS伺服控制柜的節(jié)電率為19.7%。   3、應(yīng)用實(shí)例三   地點(diǎn):S油田24-14井   測試日期:2004年7月21日   配套電機(jī):30kW 電磁調(diào)速電機(jī)(8極)   30kW普通異步電機(jī)(6極)   抽油機(jī)沖次:2.5次/分   測試時間:40小時 [align=center] S油田24-14井現(xiàn)場圖[/align]   測試數(shù)據(jù):
  使用IMS伺服控制柜的節(jié)電率為76%。   4、應(yīng)用實(shí)例四   地點(diǎn):S油田28-7井   測試日期:2004年7月22日   配備電機(jī):30kW 電磁調(diào)速電機(jī)(8極)   30kW 普通異步電機(jī)(6級)   抽油機(jī)沖次:1.3次/分   測試時間:24小時   測試數(shù)據(jù):
  使用IMS伺服控制柜的節(jié)電率為81%。 四、結(jié)論   根據(jù)IMS系列伺服控制單元的設(shè)計(jì)原理、控制特點(diǎn)以及應(yīng)用實(shí)例的分析, 油田抽油機(jī)配備IMS系列節(jié)能伺服控制柜,具有如下優(yōu)勢:   1、調(diào)速操作簡便   由于IMS系列節(jié)能伺服控制柜具有大范圍、連續(xù)調(diào)速的特點(diǎn),只需調(diào)整一個旋鈕即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的調(diào)速功能,滿足抽油機(jī)調(diào)整沖次的要求。對于現(xiàn)場工人而言,操作極為簡便。   2、工作強(qiáng)度減輕   由于使用IMS系列節(jié)能伺服控制柜調(diào)速操作簡便,無需在開采作業(yè)過程中更改抽油機(jī)及配套設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu),大大降低了現(xiàn)場工人的工作強(qiáng)度。   3、生產(chǎn)效率提高   使用IMS系列節(jié)能伺服控制柜,在開采作業(yè)過程中無需停機(jī)進(jìn)行調(diào)整;同時,控制柜具有的抽油沖程下慢上快的速度控制,提高了抽油機(jī)的出油量。這些因素均提高了抽油機(jī)的生產(chǎn)效率。   4、節(jié)能效果顯著   根據(jù)實(shí)際應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算,IMS系列節(jié)能伺服控制柜具有顯著的節(jié)能效果。相對而言,對于高產(chǎn)油井即抽油機(jī)負(fù)載較大、沖次頻率越低,節(jié)電效果越明顯:當(dāng)抽油機(jī)沖次頻率低于2.5次/分,節(jié)電率高達(dá)75%以上。   對于負(fù)荷較輕的油井,可根據(jù)IMS系列節(jié)能伺服控制柜具有的軟啟動功能,可以用較小功率的電機(jī)取代原有的電機(jī),取得較為顯著的節(jié)能效果。

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