游梁式抽油機節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用效果

1、 游梁式抽油機節(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井能耗高的問題,在現(xiàn)場實驗的基礎(chǔ)上,對目前應(yīng)用的各項節(jié)能技術(shù)進行了分析及評價。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)能效果好的進行優(yōu)化組合,取得了很好的節(jié)能效果。關(guān)鍵詞:抽油機井;節(jié)能降耗技術(shù);效果分析0 引言游梁式抽油機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,搞好抽油機井的節(jié)能降耗工作,是降低成本、提高經(jīng)濟效益的必要條件和有效途徑。針對抽油機井能耗高的問題,在現(xiàn)場實驗的

2、基礎(chǔ)上,對孤東油田目前應(yīng)用的各項節(jié)能技術(shù)進行了分析及評價。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)能效果好的進行優(yōu)化組合。通過評價試驗,新區(qū)方案設(shè)計應(yīng)以節(jié)能抽油機為主,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、智能間抽技術(shù)。資料統(tǒng)計表明,智能間抽時平均日產(chǎn)油比連續(xù)生產(chǎn)時上升0.4t/d,平均日耗電量比連續(xù)生產(chǎn)時下降50kw.h。1 目前抽油機井上應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)目前抽油機井上應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)主要是在地面部分,并且主要是 針對抽油機的結(jié)構(gòu)及其拖動裝置(電機和配電箱的性能來開展的。抽油機節(jié)能技術(shù)分為兩類:一類是節(jié)能抽油機,其原理主要是通過降低減速箱峰值扭矩

3、,使電機功率下降,包括雙驢頭抽油機、偏輪抽油機、下偏杠鈴抽油機、摩擦轉(zhuǎn)向式抽油機和擺桿式抽油機;另一類是對常規(guī)抽油機進行節(jié)能技術(shù)改造。抽油機拖動裝置節(jié)能技術(shù)也分為兩類:一類是節(jié)能電機,主要有永磁電機、高轉(zhuǎn)矩電機、變頻調(diào)速電機和一體化拖動裝置;另一類是節(jié)電箱,主要是控制電機定子繞組y-轉(zhuǎn)換調(diào)壓和采用功率因數(shù)控制器調(diào)壓以及無功功率補償。將孤島采油廠上推廣應(yīng)用的節(jié)能技術(shù),在定點的水力模擬試驗井上進行了測試。水力模擬試驗井能消除生產(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,抽油機負(fù)載可調(diào),通過計量設(shè)備及儀器儀表對有關(guān)測試參數(shù)進行計量,在同等

4、條件下,對待測產(chǎn)品及設(shè)備進行全面準(zhǔn)確的能耗對比和評價。2.1 節(jié)能抽油機雙驢頭抽油機節(jié)能原理:該機以常規(guī)抽油機為基礎(chǔ),對四連桿機構(gòu)進行了改進,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。下偏杠鈴抽油機節(jié)能原理:下偏杠鈴復(fù)合抽油機工作時,游梁偏 置平衡重心的運動軌跡是一段圓弧,當(dāng)重心處于游梁回轉(zhuǎn)中心的水平線上時,其重力矩最大;當(dāng)重心處于回轉(zhuǎn)中心的垂直線時,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,減小抽油機的周期載荷波動系數(shù),提高電動機的工作效率。摩擦換向抽油機節(jié)能原理:摩擦換向抽油機工作時,以功率因數(shù)cos=1的開關(guān)磁阻電動機為原動機,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構(gòu),機械傳動路線短、效率高,實現(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輸出扭矩的峰值,再加上直接平衡的作用,最終實現(xiàn)降低電機功率的目的。2.2 節(jié)能拖動裝置目前約70%的抽油機電機平均負(fù)載率小于40%,運行效率低于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)象的原因為:游梁式抽油機

6、是一個四連桿機構(gòu),啟動時靜載力矩較大,正常工作時驢頭懸點載荷是交變的,其負(fù)荷特性也是交變的,電機的電流、功率、功率因數(shù)隨著抽油桿上下沖程的變化而變化。為了克服啟動時負(fù)載的靜載力矩,對于普 通的y系列電機只得加大容量,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、超高轉(zhuǎn)差電機、永磁同步電機、一體化拖動裝置等節(jié)能技術(shù)。各種節(jié)能電機節(jié)電原理如下:高轉(zhuǎn)矩電機是機座為一整體式、內(nèi)部為獨立雙定子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子同軸的復(fù)式電機。該電機啟動時為雙電機工作,啟動后正常工作時,只用一臺單機工作。電機可在外電路控制下,依負(fù)載變化而自動停止或啟動。超高轉(zhuǎn)差電機通過增加轉(zhuǎn)子電阻提高電機的轉(zhuǎn)差率,使電機在重負(fù)荷時

7、速度下降,扭矩增加;輕負(fù)荷時速度上升,扭矩減小,速度變化范圍大于12%。該電機啟動電流小,啟動扭矩大,裝機容量和普通電機相比降低約40%。永磁同步電機采用異步啟動、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)子不需外加勵磁電源,無勵磁損耗,因此具有功率因數(shù)高,啟動力矩大等特點。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:電機定子繞組y-轉(zhuǎn)換技術(shù)。主要是通過自動控制實現(xiàn)電機y-轉(zhuǎn)換,從而提高電機負(fù)載率,同時以電流、電壓為取樣元,作為電機過載、缺相等保護的控制信號,并跟蹤反饋,使電機輸入功率隨負(fù)載的變化而同步變化,強制降低電機的有功和無功損耗

8、,從而 達(dá)到節(jié)電的目的。當(dāng)定子繞組接時,繞組端電壓為380v;當(dāng)定子繞組y接時,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)。主要是采用單片機實時檢測功率因數(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,使電機既可以全壓啟動又能降壓運行,電機始終在高負(fù)荷狀態(tài)下運行,提高了功率因數(shù)。但是在實際應(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,引起電機發(fā)熱和振動,影響了節(jié)電效果。無功補償技術(shù)。主要是采用加裝一定容量的電容

9、器對電網(wǎng)進行無功補償,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)濟效益。3.1 新井合理選擇抽油機井節(jié)能產(chǎn)品采用節(jié)能型抽油機與節(jié)能拖動裝置后，在節(jié)能拖動裝置與節(jié)能型 抽油機功能互補的情況下，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)場試驗證明，偏置機

10、高轉(zhuǎn)差電機的效果不如偏置機普通電 機的效果好，甚至無節(jié)能效果。 在模擬試驗井上進行了節(jié)能抽油機節(jié)能電機節(jié)電箱的組合評 價試驗。 試驗表明，雙驢頭抽油機節(jié)能電機調(diào)壓箱的疊加效果低于雙 驢頭抽油機ymj 電機普通控制箱的節(jié)能效果。原因在于節(jié)能電 機及節(jié)電箱都是在電參數(shù)上進行了改進或優(yōu)化，疊加使用時因功能 重復(fù)而互補性少甚至相互抵消。 在新井投產(chǎn)時必須合理選擇抽油機井節(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、時整時停機。 統(tǒng)計有對比資料的 8 口井，智能間抽時平均日產(chǎn)油比連續(xù)生產(chǎn)時 上升 0.4t/d，平均日耗電量比連續(xù)生產(chǎn)時下降 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)計應(yīng)以節(jié)能抽油機為主，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、智能間抽技術(shù)，可以取得 較好的節(jié)能效果。統(tǒng)計資料顯示，智能間抽時平均日產(chǎn)油比連續(xù)生 產(chǎn)時上升 0.4t/d，平均日耗電