時(shí)間:2012-03-20 09:05:33來源:gengwt
前言
磕頭機(jī)用電量約占油田總用電量得40%,運(yùn)行效率非常低,平均運(yùn)行效率只有25%,功率因數(shù)低,電能浪費(fèi)大。因此,磕頭機(jī)節(jié)能潛力非常巨大,石油行業(yè)也是推廣“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能”的重點(diǎn)行業(yè)。本文介紹了采用變頻調(diào)速技術(shù)。使磕頭機(jī)的運(yùn)動規(guī)律適應(yīng)油井的變化工況,實(shí)現(xiàn)運(yùn)行效率的提高,達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)的目的。
一、概況
磕頭機(jī)是目前采油生產(chǎn)中的主要設(shè)備,其數(shù)量達(dá)10萬臺以上。電動機(jī)裝機(jī)總?cè)萘吭?500萬KW,年耗電量達(dá)百億度以上??念^機(jī)用電量約占油田總用量得40%,運(yùn)行效率非常低,平均運(yùn)行效率只有25%,功率因數(shù)低,電能浪費(fèi)大。因此,磕頭機(jī)節(jié)能潛力非常巨大,石油行業(yè)也是推廣“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能”的重點(diǎn)行業(yè)。
二、抽油機(jī)變頻改造的幾個好處
1、大大提高功率因數(shù),(0.25-0.5提高到0.9以上)。減小了供電電流,從而減小了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)荷。
2、動態(tài)調(diào)整抽取速度,一方面節(jié)能,同時(shí)增加原油產(chǎn)量。
3、對電機(jī)變速箱抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)真正“軟啟動”,避免過大機(jī)械沖擊,延長設(shè)備使用壽命。
三、磕頭機(jī)負(fù)載分析
1、國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的是游梁式豎井磕頭機(jī),它有三部分組成:
?。?)地面部分:由電動機(jī)、減速器和四連桿構(gòu)成。
?。?)井下部分:抽油泵(吸入閥、泵筒、柱塞和排油閥),它懸掛在套管中的下端。
?。?)抽油桿柱:連接地面抽油機(jī)和井下抽油泵的中間部分。
2、磕頭機(jī)的電機(jī)負(fù)荷是按周期變化的,開始起動時(shí),負(fù)荷很大,要求啟動轉(zhuǎn)矩很大。正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率很低,一般在20%左右,高時(shí)負(fù)荷率只有30%。電機(jī)的負(fù)荷曲線有2個峰值,分別為磕頭機(jī)上、下沖程的“死點(diǎn)”。
未進(jìn)行平衡的條件下,上、下沖程的負(fù)載極度不均衡,在上沖程時(shí),需要提起抽油桿柱和液柱,電機(jī)需付出很大能量。在下沖程時(shí),抽油桿柱對電機(jī)作功,使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。通常在磕頭機(jī)的曲柄上加上平衡塊,消除上下沖程負(fù)載不平衡度。平衡塊調(diào)節(jié)較好,其發(fā)電狀態(tài)的時(shí)間和產(chǎn)生的能量就小,由于抽油載荷是每時(shí)每刻在變化,平衡配重,不可能隨抽油負(fù)荷作完全一致的變化,絕大部分磕頭機(jī)配重嚴(yán)重不平衡,從而造成過大的沖擊電流,沖擊電流最大可到5倍的工作電流,甚至達(dá)到額定電流的3倍。調(diào)整好平衡配重,可降低沖擊電流是正常工作電流的1.5倍。
負(fù)載特性:是恒速運(yùn)行,由于配重,是變轉(zhuǎn)矩,變功率負(fù)載在一個循環(huán)周期內(nèi)有兩次發(fā)電狀態(tài),起動力矩大、慣性大。在國內(nèi)油田使用的磕頭機(jī)普遍存在的問題:運(yùn)行時(shí)間長,“大馬拉小車”,效率低,耗能大,沖程和沖次調(diào)解不方便,有時(shí)空抽現(xiàn)象。
四、傳統(tǒng)磕頭機(jī)變頻器改造的難點(diǎn)
磕頭機(jī)變頻節(jié)能改造做了大量的嘗試,但都不太成功,主要問題是:
?。?)磕頭機(jī)在一個工作循環(huán)中,有兩次發(fā)點(diǎn)狀態(tài),尤其當(dāng)配重不平衡時(shí),產(chǎn)生的“泵升電壓”很高,靠加大變頻器直流側(cè)電解電容和減小制動電阻值,不能完全解決問題,并且隨著油層的變化,“泵升電壓”也在變化。
?。?)磕頭機(jī)起動需要較大的起動轉(zhuǎn)矩,如變頻器參數(shù)設(shè)置不當(dāng),易造成過流或不能起動。
?。?)以往的變頻節(jié)能改造設(shè)計(jì)方案很少考慮油井的油面、油濃度的變化等情況。在提高產(chǎn)量方面,效果不佳。
五、解決方案
針對磕頭機(jī)變頻器改造存在的問題,我司提出以下解決方案:
?。?)采用變頻調(diào)速技術(shù),使電機(jī)轉(zhuǎn)速與磕頭機(jī)負(fù)載匹配。在前期井中由于剛開采,油量大,讓變頻器運(yùn)行到65.00Hz,電機(jī)轉(zhuǎn)速提高30%,采油率比工頻提高20%,工效提高1.2倍。在中、后期井中,油量減小,降低轉(zhuǎn)速,減少沖程,一般頻率運(yùn)行至35.00-40.00Hz之間,電機(jī)轉(zhuǎn)速下降30%。節(jié)電率可達(dá)25%,而且提高了功率因數(shù)。
?。?)動態(tài)調(diào)整磕頭機(jī)的沖程頻次,隨著油井由淺入深的抽取,油量逐漸減小,出現(xiàn)泵充滿度不足,泵效下降,當(dāng)油井的供油能力小于抽油泵排量時(shí),就造成泵抽空和液擊現(xiàn)象。降低頻率,電機(jī)轉(zhuǎn)速下降,提高充滿度,不僅節(jié)能而其增加原油產(chǎn)量。
?。?)動態(tài)調(diào)節(jié)磕頭機(jī)上下行程的速度,適當(dāng)降低下行程速度,提高泵內(nèi)的充滿度,適當(dāng)提高上行程速度,可減小提升中漏失系數(shù),使磕頭機(jī)工作在最佳運(yùn)行狀態(tài),有效提高單位內(nèi)時(shí)間內(nèi)原油產(chǎn)量。
?。?)起動力矩大,運(yùn)行中負(fù)荷低,沖擊電流大。要從根本上解決問題,加大電動機(jī)極對數(shù)或增大減速箱速比,增大輸出力矩。變頻器正常運(yùn)行80.00-90.00Hz。這也有利于減少發(fā)電狀態(tài)的能量,減少“泵升電壓”。
?。?)再生能量的處理問題。增大變頻器直流側(cè)濾波電容的容量:減少制動電阻值,提高制動系統(tǒng)的耗電能力,或直接使用回饋制動,減小能量損失;發(fā)電時(shí),頻率增大。
?。?)防空抽、增產(chǎn)。動態(tài)調(diào)節(jié)磕頭機(jī)沖程頻率次和上、下行程速度。設(shè)定電機(jī)的輸出功率標(biāo)準(zhǔn)值,實(shí)時(shí)檢測電機(jī)輸出功率,控制電機(jī)轉(zhuǎn)速,大于標(biāo)準(zhǔn)值,加速。反之減速,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
六、結(jié)束語
由于油井的類型和工況千差萬別,井下滲油和滲水量每時(shí)每刻都在變。磕頭機(jī)的負(fù)載變化是無規(guī)律的,故采用變頻調(diào)速技術(shù),使磕頭機(jī)的運(yùn)動規(guī)律適應(yīng)油井的變化工況,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的提高,達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)的目的。
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