周慧(中國(guó)石油遼河油田沈陽(yáng)采油廠,遼寧 沈陽(yáng) 110316)
近幾年來,各類先進(jìn)技術(shù)被越來越多應(yīng)用在了工業(yè)領(lǐng)域上,其中最為廣泛的要數(shù)變頻技術(shù),其結(jié)合了傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、信息技術(shù)以及變頻調(diào)速技術(shù)等,能夠改善抽油機(jī)能耗問題。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的軟啟動(dòng)與軟停止,滿足地下參數(shù)變化大的特點(diǎn)。因此在未來的發(fā)展過程中,抽油機(jī)變頻控制柜的應(yīng)用必然會(huì)更加深入。
在當(dāng)下的技術(shù)發(fā)展過程中,抽油機(jī)變頻柜的主要優(yōu)勢(shì)技術(shù)有很多,其中包括吸收式電容、回饋型制動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)電阻等,這些技術(shù)都使得抽油機(jī)變頻柜具有了處理再生能源的性能。其中最為先進(jìn)的技術(shù)就是回饋型制動(dòng)系統(tǒng),其可以通過回饋裝置使得電能被返還回電網(wǎng)內(nèi),通常情況是這種技術(shù)需要與水磁電機(jī)配合進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)更好的節(jié)能效果。據(jù)以往實(shí)踐證明,這種方式的節(jié)電率可實(shí)現(xiàn)30%-60%。
動(dòng)態(tài)的節(jié)能裝置往往采用輸入最小荷載、最低頻率、最高頻率或正常頻率,來完成分析處理示功圖以及采集荷載的目標(biāo)。在最低與最高頻率范圍內(nèi),變頻柜能夠?qū)崿F(xiàn)分段式的運(yùn)行模式,其裝置的上半段運(yùn)行較快,下半段運(yùn)行較慢,這樣就可以避免“空抽”情況,提高設(shè)備的工作效率,增加原油的產(chǎn)量。
一般情況下,電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行依賴于本身的負(fù)荷能力,不同型號(hào)的電動(dòng)機(jī),其負(fù)荷能力也略有不同。功率與效率因數(shù)會(huì)在負(fù)荷率的影響下發(fā)生改變,其存在一個(gè)臨界點(diǎn),而這一點(diǎn)就被稱為電動(dòng)機(jī)的臨界負(fù)荷率。在實(shí)際工作過程中,想要起到節(jié)能的效果,就必須確保電動(dòng)機(jī)本身的負(fù)荷率超過臨界負(fù)荷率[1]。
作為機(jī)械采油的主要設(shè)備,游梁式抽油機(jī)一般占機(jī)井總數(shù)的75%。實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)受具有沖擊性特征的交變負(fù)荷影響,因此驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下保證具有很強(qiáng)的過載能力而且其容量也許保持足夠的裕度。同時(shí),一個(gè)沖刺內(nèi),電動(dòng)機(jī)存在兩段發(fā)電狀態(tài),若電流相位角超過90°,即處在發(fā)電狀態(tài),此時(shí)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的發(fā)電效果主要是被游梁的平衡性所影響,游梁的平衡性越差,發(fā)電效果越好。同時(shí),油桿在運(yùn)動(dòng)過程中容易發(fā)生彈性形變,加之慣性作用,使其在上下死點(diǎn)形成沖擊,這也就使得該類型抽油機(jī)的工作效率大幅度下降。因此,在對(duì)這類抽油機(jī)進(jìn)行使用的過程中,應(yīng)提高其電動(dòng)機(jī)本身的工作效率,提升電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率,進(jìn)而改變其節(jié)能性能。相比之下,后者的節(jié)能潛力更大一些。
目前,油田使用的電動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施主要包括3類。其一是利用改變電源頻率的方法,改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械運(yùn)行規(guī)律,降低電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷;其二,在電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)階段就改變其機(jī)械特性,徹底改變電動(dòng)機(jī)的符合;其三,提高電動(dòng)機(jī)的功率因素,同時(shí)提高其負(fù)荷率,達(dá)到節(jié)能的效果。
在目前節(jié)能技術(shù)上,變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展比較成熟。其節(jié)能的主要原理是借助變頻器的變頻技術(shù),降低電動(dòng)機(jī)電源的容量,使得電動(dòng)機(jī)本身的負(fù)荷率得到了顯著的提升。而且若其輸入功率因數(shù)保持在1左右,會(huì)使上下沖程的速度比值發(fā)生轉(zhuǎn)變,也就改善了抽油系統(tǒng)內(nèi)部的配合,因此,在系統(tǒng)配合上就實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。但是這種電動(dòng)機(jī)也存在著一些缺點(diǎn),比如成本較高、管理較復(fù)雜等,或其諧波對(duì)電網(wǎng)會(huì)造成一定的影響,而且變速器自身也有一定的功率損耗,同時(shí)會(huì)增大電動(dòng)機(jī)的附加損耗。
這種電動(dòng)機(jī)具有效率高、機(jī)械特性強(qiáng)等特點(diǎn),無法實(shí)現(xiàn)機(jī)、桿、泵的相互配合,也因此不具備系統(tǒng)節(jié)能作用。而且相比普通電動(dòng)機(jī),其成本也要高出50%左右,加上啟動(dòng)電流過大,很容易在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩震蕩的情況[2]。
當(dāng)前,采油管理中主要引用的為抽油機(jī)能量回饋智能變頻控制柜。相比普通的變頻柜,它能夠使再生電能變成交流正弦波,然后利用濾波器將電能回饋電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)了電能的二次利用。電磁調(diào)速電機(jī)在經(jīng)過一定的節(jié)能技術(shù)改造后,將其控制旋鈕調(diào)至最大,然后將變頻器的頻率設(shè)定到最低檔,這樣就進(jìn)行了正常的沖次。在對(duì)抽油機(jī)變頻控制柜的回饋性能進(jìn)行使用時(shí),其一般表現(xiàn)為如下特點(diǎn):
首先,這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)和軟停機(jī),減少了頻繁啟動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成的損傷,提高了電動(dòng)機(jī)的使用壽命。其次,具有保護(hù)過壓、過載、過流、短路、缺相、三相不平衡的功能。第三,確保電能能夠回饋到電網(wǎng)之中,增加了電能的利用率,降低了使用成本。第四,有效地對(duì)抽油機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整,降低了其內(nèi)部構(gòu)造之間的摩擦,降低了抽油機(jī)的損耗。第五,該抽油機(jī)還擁有工頻旁路系統(tǒng),可以根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行旁路轉(zhuǎn)換,使得其運(yùn)行穩(wěn)定性得到了提升[3]。
實(shí)際進(jìn)行采油管理時(shí),應(yīng)以抽油機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)為依據(jù),利用其工作特性與機(jī)械特性的雙重作用,在確保運(yùn)行穩(wěn)定與可靠的前提下進(jìn)行轉(zhuǎn)差損耗的降低,保證抽油效率的提高,同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能效果,也進(jìn)而增加了經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。但抽油機(jī)變頻控制柜在應(yīng)用過程中,仍存影響節(jié)能效果的問題,因此仍需不斷地探索與改善。
[1]文斌.抽油機(jī)變頻控制柜在采油管理中的具體應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2014(11):224-225.
[2]劉春波.抽油機(jī)變頻控制柜在采油管理中的應(yīng)用[J].科技信息,2013(7):47-49.
[3]尋長(zhǎng)征.抽油機(jī)變頻控制柜在采用管理中的應(yīng)用[J].技術(shù)創(chuàng)新,2010(6):101-103.