游梁式抽油機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用效果

1、 游梁式抽油機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用效果分析摘要:針對孤島采油廠所采用的抽油機(jī)井能耗高的問題,在現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對目前應(yīng)用的各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了分析及評價(jià)。對不同的節(jié)能產(chǎn)品,在不同井況下,其節(jié)能效果有很大差別,篩選出節(jié)能效果好的進(jìn)行優(yōu)化組合,取得了很好的節(jié)能效果。關(guān)鍵詞:抽油機(jī)井;節(jié)能降耗技術(shù);效果分析0 引言游梁式抽油機(jī)是勝利油田普遍采用的采油方式之一,也是迄今為止在采油工程中占主導(dǎo)地位的人工舉升方式。我國目前有9萬多口抽油機(jī)井,其能耗占油田總能耗的三分之一左右,是主要的耗能設(shè)備。所以,搞好抽油機(jī)井的節(jié)能降耗工作,是降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的必要條件和有效途徑。針對抽油機(jī)井能耗高的問題,在現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的

2、基礎(chǔ)上,對孤東油田目前應(yīng)用的各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了分析及評價(jià)。不同的節(jié)能產(chǎn)品,在不同井況下,其節(jié)能效果有很大差別,篩選出節(jié)能效果好的進(jìn)行優(yōu)化組合。通過評價(jià)試驗(yàn),新區(qū)方案設(shè)計(jì)應(yīng)以節(jié)能抽油機(jī)為主,節(jié)能型拖動裝置為輔,并且匹配要合理;對于供液不足井,應(yīng)采用調(diào)速電機(jī)、智能間抽技術(shù)。資料統(tǒng)計(jì)表明,智能間抽時(shí)平均日產(chǎn)油比連續(xù)生產(chǎn)時(shí)上升0.4t/d,平均日耗電量比連續(xù)生產(chǎn)時(shí)下降50kw.h。1 目前抽油機(jī)井上應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)目前抽油機(jī)井上應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)主要是在地面部分,并且主要是 針對抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)及其拖動裝置(電機(jī)和配電箱的性能來開展的。抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)分為兩類:一類是節(jié)能抽油機(jī),其原理主要是通過降低減速箱峰值扭矩

3、,使電機(jī)功率下降,包括雙驢頭抽油機(jī)、偏輪抽油機(jī)、下偏杠鈴抽油機(jī)、摩擦轉(zhuǎn)向式抽油機(jī)和擺桿式抽油機(jī);另一類是對常規(guī)抽油機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造。抽油機(jī)拖動裝置節(jié)能技術(shù)也分為兩類:一類是節(jié)能電機(jī),主要有永磁電機(jī)、高轉(zhuǎn)矩電機(jī)、變頻調(diào)速電機(jī)和一體化拖動裝置;另一類是節(jié)電箱,主要是控制電機(jī)定子繞組y-轉(zhuǎn)換調(diào)壓和采用功率因數(shù)控制器調(diào)壓以及無功功率補(bǔ)償。將孤島采油廠上推廣應(yīng)用的節(jié)能技術(shù),在定點(diǎn)的水力模擬試驗(yàn)井上進(jìn)行了測試。水力模擬試驗(yàn)井能消除生產(chǎn)井的含水、油氣比、動液面和泵掛深度等因素影響,工作流程是以水為介質(zhì),在井筒和地面測試裝置中形成循環(huán)回路,抽油機(jī)負(fù)載可調(diào),通過計(jì)量設(shè)備及儀器儀表對有關(guān)測試參數(shù)進(jìn)行計(jì)量,在同等

4、條件下,對待測產(chǎn)品及設(shè)備進(jìn)行全面準(zhǔn)確的能耗對比和評價(jià)。2.1 節(jié)能抽油機(jī)雙驢頭抽油機(jī)節(jié)能原理:該機(jī)以常規(guī)抽油機(jī)為基礎(chǔ),對四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),采用變徑圓弧狀游梁后臂,游梁與橫梁間采用柔性連接件等特殊結(jié)構(gòu)。由于變參數(shù)四連桿機(jī)構(gòu)的作用,使其扭矩變化接近正弦規(guī)律,靜扭矩波動較小,從而達(dá)到節(jié)能的目的。下偏杠鈴抽油機(jī)節(jié)能原理:下偏杠鈴復(fù)合抽油機(jī)工作時(shí),游梁偏 置平衡重心的運(yùn)動軌跡是一段圓弧,當(dāng)重心處于游梁回轉(zhuǎn)中心的水平線上時(shí),其重力矩最大;當(dāng)重心處于回轉(zhuǎn)中心的垂直線時(shí),其重力矩最小。利用這一變矩原理與曲柄平衡共同作用,可有效削減峰值扭矩,改善抽油機(jī)曲柄軸凈扭矩曲線的形狀和大小,使其波動平緩,并且消除負(fù)扭

5、矩,減小抽油機(jī)的周期載荷波動系數(shù),提高電動機(jī)的工作效率。摩擦換向抽油機(jī)節(jié)能原理:摩擦換向抽油機(jī)工作時(shí),以功率因數(shù)cos=1的開關(guān)磁阻電動機(jī)為原動機(jī),使用智能模擬及數(shù)字混合控制,采用摩擦輪傳動作為工作機(jī)構(gòu),機(jī)械傳動路線短、效率高,實(shí)現(xiàn)了正反轉(zhuǎn)換向,啟動換向平穩(wěn)、沖擊小,且沖程、沖次均可獨(dú)立無級調(diào)節(jié),控制抽油桿上行及下行速度,有效地降低了電動機(jī)輸出扭矩的峰值,再加上直接平衡的作用,最終實(shí)現(xiàn)降低電機(jī)功率的目的。2.2 節(jié)能拖動裝置目前約70%的抽油機(jī)電機(jī)平均負(fù)載率小于40%,運(yùn)行效率低于80%,“大馬拉小車”現(xiàn)象較為普遍,使配電線路的功率因數(shù)降低,配電線路網(wǎng)損增大。造成這一現(xiàn)象的原因?yàn)?游梁式抽油機(jī)

6、是一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu),啟動時(shí)靜載力矩較大,正常工作時(shí)驢頭懸點(diǎn)載荷是交變的,其負(fù)荷特性也是交變的,電機(jī)的電流、功率、功率因數(shù)隨著抽油桿上下沖程的變化而變化。為了克服啟動時(shí)負(fù)載的靜載力矩,對于普 通的y系列電機(jī)只得加大容量,這就造成了“大馬拉小車”。為解決這一問題,應(yīng)用了高轉(zhuǎn)矩電機(jī)、超高轉(zhuǎn)差電機(jī)、永磁同步電機(jī)、一體化拖動裝置等節(jié)能技術(shù)。各種節(jié)能電機(jī)節(jié)電原理如下:高轉(zhuǎn)矩電機(jī)是機(jī)座為一整體式、內(nèi)部為獨(dú)立雙定子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子同軸的復(fù)式電機(jī)。該電機(jī)啟動時(shí)為雙電機(jī)工作,啟動后正常工作時(shí),只用一臺單機(jī)工作。電機(jī)可在外電路控制下,依負(fù)載變化而自動停止或啟動。超高轉(zhuǎn)差電機(jī)通過增加轉(zhuǎn)子電阻提高電機(jī)的轉(zhuǎn)差率,使電機(jī)在重負(fù)荷時(shí)

7、速度下降,扭矩增加;輕負(fù)荷時(shí)速度上升,扭矩減小,速度變化范圍大于12%。該電機(jī)啟動電流小,啟動扭矩大,裝機(jī)容量和普通電機(jī)相比降低約40%。永磁同步電機(jī)采用異步啟動、同步工作方式,由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場完全同步,無轉(zhuǎn)差損耗,且轉(zhuǎn)子不需外加勵(lì)磁電源,無勵(lì)磁損耗,因此具有功率因數(shù)高,啟動力矩大等特點(diǎn)。不同的節(jié)能產(chǎn)品,在不同工況下,節(jié)能效果存在很大差別。節(jié)電箱節(jié)電原理及特性如下:電機(jī)定子繞組y-轉(zhuǎn)換技術(shù)。主要是通過自動控制實(shí)現(xiàn)電機(jī)y-轉(zhuǎn)換,從而提高電機(jī)負(fù)載率,同時(shí)以電流、電壓為取樣元,作為電機(jī)過載、缺相等保護(hù)的控制信號,并跟蹤反饋,使電機(jī)輸入功率隨負(fù)載的變化而同步變化,強(qiáng)制降低電機(jī)的有功和無功損耗

8、,從而 達(dá)到節(jié)電的目的。當(dāng)定子繞組接時(shí),繞組端電壓為380v;當(dāng)定子繞組y接時(shí),繞組端電壓為220v。繞組端電壓下降了,相應(yīng)的負(fù)載率就增加了。功率因數(shù)控制器調(diào)壓技術(shù)。主要是采用單片機(jī)實(shí)時(shí)檢測功率因數(shù),自動控制雙向可控硅的開啟角來調(diào)節(jié)電機(jī)的供電電壓,從而達(dá)到節(jié)電的目的。該技術(shù)對負(fù)荷的適用范圍比較大,使電機(jī)既可以全壓啟動又能降壓運(yùn)行,電機(jī)始終在高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行,提高了功率因數(shù)。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中節(jié)電效果不太理想,主要原因是電壓的變化速率跟不上電流的變化速率。另外,由于可控硅引起電流產(chǎn)生諧波,受瞬變電勢和瞬變電流的影響,引起電機(jī)發(fā)熱和振動,影響了節(jié)電效果。無功補(bǔ)償技術(shù)。主要是采用加裝一定容量的電容

9、器對電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償,消除無功電流以提高功率因數(shù),降低供電變壓器負(fù)荷,從而降低網(wǎng)損達(dá)到節(jié)電的目的。目前這種技術(shù)應(yīng)用比較廣泛,效果也較好。3 節(jié)能技術(shù)在抽油機(jī)井上的應(yīng)用效果不同的節(jié)能技術(shù)在一定的條件下都具有節(jié)能效果,但并不是將所有的節(jié)能技術(shù)用在一起,節(jié)能效果就最好,而是需要綜合考慮節(jié)能產(chǎn)品的合理優(yōu)化組合,才能收到最佳的節(jié)能效果,獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。3.1 新井合理選擇抽油機(jī)井節(jié)能產(chǎn)品采用節(jié)能型抽油機(jī)與節(jié)能拖動裝置后，在節(jié)能拖動裝置與節(jié)能型 抽油機(jī)功能互補(bǔ)的情況下，最終節(jié)電率小于二者之和；而在二者不 能達(dá)到功能互補(bǔ)的情況下，最終節(jié)電率將低于節(jié)能效果最好的設(shè)備 甚至無節(jié)能效果。 現(xiàn)場試驗(yàn)證明，偏置機(jī)

10、高轉(zhuǎn)差電機(jī)的效果不如偏置機(jī)普通電 機(jī)的效果好，甚至無節(jié)能效果。 在模擬試驗(yàn)井上進(jìn)行了節(jié)能抽油機(jī)節(jié)能電機(jī)節(jié)電箱的組合評 價(jià)試驗(yàn)。 試驗(yàn)表明，雙驢頭抽油機(jī)節(jié)能電機(jī)調(diào)壓箱的疊加效果低于雙 驢頭抽油機(jī)ymj 電機(jī)普通控制箱的節(jié)能效果。原因在于節(jié)能電 機(jī)及節(jié)電箱都是在電參數(shù)上進(jìn)行了改進(jìn)或優(yōu)化，疊加使用時(shí)因功能 重復(fù)而互補(bǔ)性少甚至相互抵消。 在新井投產(chǎn)時(shí)必須合理選擇抽油機(jī)井節(jié)能產(chǎn)品，使之達(dá)到合理匹 配，才能收到最佳的節(jié)能效果，取得最好的經(jīng)濟(jì)效益。 3.2 供液不足井的節(jié)能降耗 在供液不足井上應(yīng)用抽油機(jī)智能間歇節(jié)電控制裝置，該裝置是利 用短波吸收原理，自動采集出液管內(nèi)的氣液比，當(dāng)出液管內(nèi)的氣液 比大于 75

11、時(shí)整時(shí)停機(jī)。 統(tǒng)計(jì)有對比資料的 8 口井，智能間抽時(shí)平均日產(chǎn)油比連續(xù)生產(chǎn)時(shí) 上升 0.4t/d，平均日耗電量比連續(xù)生產(chǎn)時(shí)下降 50kw·h。不僅達(dá)到 了增油降耗的目的，而且解決了因液面抽空造成抽油泵干磨，使檢 泵周期縮短的問題，使生產(chǎn)管理更具科學(xué)性。 4 結(jié)論與認(rèn)識 目前應(yīng)用的節(jié)能產(chǎn)品在不同井況下其節(jié)能效果有很大的差別， 電機(jī)的負(fù)荷率越低，節(jié)能效果越好，反之越差。 新區(qū)方案設(shè)計(jì)應(yīng)以節(jié)能抽油機(jī)為主，節(jié)能型拖動裝置為輔，并 且其匹配要合理。 對于供液不足井，宜采用調(diào)速電機(jī)、智能間抽技術(shù)，可以取得 較好的節(jié)能效果。統(tǒng)計(jì)資料顯示，智能間抽時(shí)平均日產(chǎn)油比連續(xù)生 產(chǎn)時(shí)上升 0.4t/d，平均日耗電