變頻器對(duì)抽油機(jī)平衡度測(cè)試的影響分析

吳曉雯（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

變頻器對(duì)抽油機(jī)平衡度測(cè)試的影響分析

吳曉雯（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

變頻裝置由于具有快速調(diào)參、軟啟停等功能在采油三廠抽油機(jī)上得到了規(guī)模應(yīng)用，目前使用比例已經(jīng)達(dá)到47%以上。但運(yùn)行過(guò)程中，生產(chǎn)單位反映應(yīng)用變頻器井進(jìn)行平衡測(cè)試時(shí)電流變化大。對(duì)應(yīng)用變頻器井在變頻狀態(tài)下變頻器前端和后端的電參進(jìn)行了測(cè)試對(duì)比，在工頻和變頻狀態(tài)下的平衡參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試分析，探討了變頻器對(duì)抽油機(jī)平衡度測(cè)試的影響。

抽油機(jī)；變頻器；平衡度；電參數(shù)；測(cè)試

變頻裝置可以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的軟啟停，根據(jù)油井工況對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行快速調(diào)整。目前采油三廠共有抽油機(jī)3063口，其中使用變頻器裝置配電箱共1448口，變頻裝置使用率達(dá)到47.27%。廠裝備的變頻裝置主要有恒頻率輸出裝置和變頻率輸出裝置這2大類。針對(duì)在運(yùn)行過(guò)程中，生產(chǎn)單位反映應(yīng)用變頻器井進(jìn)行平衡測(cè)試時(shí)電流變化大的問(wèn)題，對(duì)應(yīng)用變頻器井在變頻狀態(tài)下變頻器前端和后端的電參進(jìn)行了測(cè)試對(duì)比，在工頻和變頻狀態(tài)下的平衡參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試分析。

1　平衡度測(cè)試方法

1.1電流法

電流法是抽油機(jī)平衡度計(jì)算判斷最常用的方法，公式為

式中：β——平衡度，%；

1.2平均功率法

平均功率法是指抽油機(jī)下沖程電動(dòng)機(jī)平均功率與上沖程電動(dòng)機(jī)平均功率之比，公式為

式中：β——平衡度，%；

2　測(cè)試結(jié)果分析

2.1變頻器前、后端電參對(duì)比

抽油機(jī)在變頻狀態(tài)下運(yùn)行，對(duì)變頻器前、后端的電參用3169能耗測(cè)試儀進(jìn)行了1個(gè)沖程的測(cè)試（圖1、圖2）。對(duì)比前、后端的測(cè)試數(shù)據(jù)，電流及有功曲線的變化趨勢(shì)基本相同；變頻器后端的電流測(cè)試曲線隨著頻率的變化在中段及尾段呈鋸齒狀波動(dòng)。產(chǎn)生鋸齒狀波動(dòng)的原因主要是由于交流變頻器輸出的電壓和電流中既有按調(diào)速要求輸出的低頻率基波分量，又含有開(kāi)關(guān)引起的高次諧波。

圖1　B2-3-542變頻器前端測(cè)試數(shù)據(jù)

圖2　B2-3-542變頻器后端測(cè)試數(shù)據(jù)

2.2恒頻率輸出井平衡測(cè)試結(jié)果分析

同一口抽油機(jī)在變頻和工頻狀態(tài)下其懸點(diǎn)載荷中的靜載荷沒(méi)有變化，僅懸點(diǎn)載荷的動(dòng)載荷部分有所變化。由于電動(dòng)機(jī)的特性，目前抽油機(jī)變頻輸出頻率基本在35～60 Hz之間，應(yīng)用變頻后抽油機(jī)的沖速為工頻時(shí)的0.7～1.2倍，抽油機(jī)的懸點(diǎn)動(dòng)載荷與抽油機(jī)沖速的平方成正比關(guān)系，則懸點(diǎn)動(dòng)載荷應(yīng)為工頻的0.47～1.44倍，變化較大。經(jīng)過(guò)測(cè)試可知，相對(duì)于沖速3 min-1，沖速6 min-1和沖速9min-1最大載荷分別增加了12.63%和26.7%；最小載荷分別降低了9.44%和25.45%?？梢?jiàn)應(yīng)用變頻后抽油機(jī)的工作狀況會(huì)發(fā)生很大變化，工頻狀態(tài)下抽油機(jī)平衡在變頻狀態(tài)不一定平衡。

對(duì)B3-D4-435和B3-5-SF47兩口應(yīng)用多功能調(diào)速裝置的抽油機(jī)井的變頻前后的電流、功率、平衡率測(cè)試見(jiàn)表1、表2。

表1　多功能調(diào)速裝置在變頻及工頻狀態(tài)下電流平衡率對(duì)比

表2　多功能調(diào)速裝置在變頻及工頻狀態(tài)下功率平衡率對(duì)比

從測(cè)試結(jié)果來(lái)看隨著變頻器輸出頻率的變化（恒頻率），抽油機(jī)的平衡狀態(tài)也在不斷的發(fā)生變化。因此，抽油機(jī)利用變頻器進(jìn)行調(diào)參后必須及時(shí)進(jìn)行平衡的測(cè)試調(diào)整。

2.3變頻率輸出井測(cè)試結(jié)果分析

變頻器在變頻率輸出時(shí)不僅抽油機(jī)井的沖速會(huì)發(fā)生變化，每個(gè)沖速內(nèi)的上、下沖程的時(shí)間也不相同。從表3的測(cè)試結(jié)果來(lái)看由于功率隨動(dòng)裝置在變頻狀態(tài)下其上、下沖程內(nèi)的峰值電流、平均電流、有功功率及總功的比值均好于在工頻狀態(tài)下。因此，可以認(rèn)為抽油機(jī)在工頻情況下平衡是其在變頻情況下平衡的必要條件；同時(shí)，從表3可看出雖然功率隨動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)運(yùn)行的優(yōu)化運(yùn)行但如果抽油機(jī)本身處于嚴(yán)重不平衡狀態(tài)，其在變頻狀態(tài)下也是以不平衡狀態(tài)運(yùn)行的。

應(yīng)用功率隨動(dòng)裝置雖然可以用在工頻狀態(tài)下電流及功率來(lái)判定其平衡狀態(tài)，但每次平衡測(cè)試都需要調(diào)整抽油機(jī)的工作狀態(tài)，會(huì)對(duì)抽油機(jī)的正常生產(chǎn)產(chǎn)生影響。從測(cè)試的數(shù)據(jù)來(lái)看變頻和工頻狀態(tài)下其上、下沖程的電流、有功數(shù)據(jù)都會(huì)發(fā)生較大變化，其比值也會(huì)有相應(yīng)的改變，但上、下沖程的總功基本沒(méi)有發(fā)生變化。可以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5044—2003中關(guān)于抽油機(jī)平衡的判斷的第一條規(guī)定應(yīng)用抽油機(jī)上、下沖程所做功的比值來(lái)進(jìn)行判定［1］。

3　認(rèn)識(shí)與建議

1）受測(cè)試儀器性能影響對(duì)應(yīng)用變頻器井進(jìn)行電流、功率等電參測(cè)試時(shí)應(yīng)在變頻器前端進(jìn)行。

2）對(duì)于變頻器輸出頻率恒定的井應(yīng)用變頻器進(jìn)行調(diào)參時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)其平衡狀況進(jìn)行測(cè)試調(diào)整。

3）對(duì)于變頻器輸出頻率為非恒定的井進(jìn)行平衡測(cè)試時(shí)，其在工頻情況下平衡是其在變頻情況下平衡的必要條件，同時(shí)可以用抽油機(jī)在變頻狀態(tài)下上、下沖程所做功的比值來(lái)進(jìn)行判定。

［1］全國(guó)石油鉆采設(shè)備和工具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).游梁式抽油機(jī)：SY/T 5044—2003［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2003: 50-52.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.07.002

2016-03-14

（編輯賈洪來(lái)）

表3功率隨動(dòng)裝置平衡測(cè)試成果

井號(hào)B2-3-542 B2-51-536狀況變頻工頻變頻工頻上沖程下沖程上沖程下沖程上沖程下沖程上沖程下沖程沖程時(shí)長(zhǎng)/ s 9.12 6.42 5.22 4.97 17.38 18.52 7.64 7.24電流/A平均15.46 14.01 36.12 24.32 5.49 11.42 14.71 37.48峰值22.78 24.07 62.00 51.00 11.07 21.98 23.77 56.38有功功率/ kW 8.65 7.88 14.79 9.68 3.04 6.35 6.67 16.09總功/ kJ 78.89 50.59 77.21 48.13 52.76 117.64 50.93 116.52上、下沖程比值/%平均電流90.62 67.33 48.11 39.25峰值電流94.64 82.26 50.36 42.16有功功率91.10 65.45 47.79 41.42總功64.10 62.34 44.85 43.71

吳曉雯，工程師，1997年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院（石油工程專業(yè)），從事自動(dòng)化儀表檢定工作，E-mail:84729559@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司采油三廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，163113。