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变频技术在抽油机上的应用
2011-06-22 16:33:33 来源:《科技致富向导》 作者:陈卫国 蒋瑜 李勇 【 】 浏览:1278次 评论:0
  【摘要】介绍了变频技术在抽油机上的使用,对其优点和节能效果进行了分析,探讨了其发展趋势。
  【关键词】抽油机;节能;电控装置
  
  0.概况
  抽油机是目前采油生产中的主要设备,它由电动机、减速箱和四连杆机构(包括曲柄、连杆和游梁)等组成,其数量达10万台以上。电动机装机总容量在3500万KW,年耗电量达百亿度以上。我国的油田多为低渗透的低能、低产油田,大部分油田要靠注水压油入井,再用抽油机把油从地层中提升上来。抽油机用电量约占油田总用电量的40%,运行效率非常低,平均运行效率只有25%,功率因数低,电能浪费大。因此,抽油机节能改造潜力非常巨大,石油行业也是推广“电机系统节能”的重点行业。
  1.抽油机变频改造的几个好处
  1.1大大提高功率因数,(0.25-0.5提高0.9以上)。减小了供电电流,从而减小了电网及变压器的负荷。
  1.2动态调整抽取速度,一方面节能,同时增加原油产量。
  1.3实现真正“软起动”对电机变速箱抽油机,避免过大机械冲击,延长设备使用寿命。
  2.抽油机负载分析
  2.1国内应用最广泛的是游梁式竖井抽油机,它有三部分组成:
  2.1.1地面部分:由电动机、减速器和四连杆构成。
  2.1.2井下部分:抽油泵(吸入阀、泵筒、柱塞和排油阀),它悬挂在套管中的下端。
  2.1.3抽油杆柱:连接地面抽油机和井下抽油泵的中间部分。
  2.2抽油机的电机负荷是按周期变化的,开始起动时,负荷很大,要求启动转矩很大。正常运行时负荷率很低,一般在20%左右,高时负荷率只有30%。电机的负荷曲线有2个峰值,分别为抽油机上、下冲程的“死点”。
  抽油机在未进行平衡的条件下,上、下冲程的负载极度不均衡,在上冲程时,需要提起抽油杆柱和液柱,电机需付出很大能量。在下冲程时,抽油杆柱对电机作功,使电机处于发电状态。通常在抽油机的曲柄上加上平衡块,消除上下冲程负载不平衡度。平衡块调节较好,其发电状态的时间和产生的能量就小,由于抽油载荷是每时每刻在变化,平衡配重,不可能随抽油负荷作完全一致的变化,绝大部分抽油机配重严重不平衡,从而造成过大的冲击电流,冲击电流最大可是5倍的工作电流,甚至达到额定电流的3倍。调整好平衡配重,可降低冲击电流是正常工作电流的1.5倍。
  抽油机的负载特性:是恒速运行,由于配重,是变转矩,变功率负载在一个循环周期内有两次发电状态,起动力矩大、惯性大。在国内油田使用的抽油机普遍存在的问题:运行时间长,“大马拉小车”,效率低,耗能大,冲程和冲次调节不方便,有时空抽现象。
  3.传统抽油机变频器改造的难点
  国内对抽油机变频节能改造做了大量的尝试,但都不太成功,主要问题是:
  3.1抽油机在一个工作循环中,有两次发电状态,尤其当配重不平衡时,产生的“泵升电压”很高,靠加大变频器直流侧电解电容和减小制动电阻值,不能完全解决问题,并且随着油层的变化,“泵升电压”也在变化。
  3.2抽油机起动需要较大的起动转矩,如变频器参数设置不当,易造成过流或不能起动。
  3.3以往的变频节能改造设计方案很少考虑油井的油面、油浓度的变化等情况。在提高产量方面,效果不佳。
  4.解决方案
  针对当前抽油机变频改造存在的问题,我们提出以下解决方案:
  4.1采用变频调速技术,使电机转速与抽油机负载匹配。在前期井中由于刚开采,油量大,让变频器运行到65HZ,电机转速提高30%,采油率比工频提高20%,工效提高1.2倍。在中、后期井中,油量减小,降低转速,减少冲程,一般频率运行至35~40HZ之间,电机转速下降30%。节电率可达25%,而且提高了功率因数。
  4.2动态调节抽油机的冲程频次,随着油井由浅入深的抽取,油量逐渐减小,出现泵充满度不足,泵效下降,当油井的供油能力小于抽油泵排量时,就造成泵抽空和液击现象。降低频率,电机转速下降,提高充满度,不仅节能而且增加原油产量。
  4.3动态调节抽油机上下行程的速度,适当降低下行程速度,提高泵内的充满度,适当提高上行程速度,可减小提升中漏失系数,使抽油机工作在最佳运行状态,有效提高单位时间内原油产量。
  4.4起动力矩大,运行中负荷低,冲击电流大。要从根本上解决问题,加大电动机极对数或增大减速箱速比,增大输出力矩。变频器正常运行80~90HZ。这也有利于减少发电状态的能量,减少“泵升电压”。
  4.5再生能量的处理问题。增大变频器直流侧滤波电容的容量;减少制动电阻值,提高制动系统的耗电能力,或直接使用回馈制动,减小能量损失;发电时,频率增大。
  4.6防空抽,增产。动态调节抽油机冲程频次和上、下行程速度。设定电机的输出功率标准值,实时检测电机输出功率,控制电机转速,大于标准值,加速。反之减速,实现闭环控制。
  5.抽油机实测数据
  滨南油田YCYJ12-5-48HB型抽油机是一台游梁式抽油机,电机功率为22KW,磁极数为8极。采用智能高效抽油机变频器进行变频调速节能改造。
  在抽油机上行程运行时,设置变频输出频率为50Hz,下行程运行时,设置为30Hz。
  抽油机工频运行参数:
  运行一个周期电流变化:48.5A~51.6A
  4小时平均耗电度数:9.382度/每小时
  抽油机节能运行参数:
  运行一个周期电流变化:23.5A~27.8A
  4小时平均耗电度数:7.185度/每小时
  6.结束语
  由于油井的类型和工况千差万别,井下渗油和渗水量每时每刻都在变.抽油机的负载变化是无规律的,故采用变频调速技术,使抽油机的运动规律适应油井的变化工况,实现系统效率的提高,达到节能增产的目的。
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Tags:抽油机 节能 电控装置 责任编辑:草木含羞

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