鞠漢良，柯軍，高宏亮

（中國石油吐哈油田三塘湖采油廠，新疆 哈密 8 3 9 0 0 9）

游梁式抽油機變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究

鞠漢良，柯軍，高宏亮

（中國石油吐哈油田三塘湖采油廠，新疆 哈密 8 3 9 0 0 9）

在油田生產(chǎn)中，抽油機是耗能較大的石油開采機械，在運行過程中，其工況參數(shù)將隨著供液量情況而發(fā)生變化，一旦工況出現(xiàn)問題，很可能造成較大的電能浪費。為了在提升采油效率的同時降低運行能耗，就需要做好抽油機變頻節(jié)能相關(guān)工作。本文主要對游梁式抽油機變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用進行了詳細的研究。

游梁式抽油機；變頻節(jié)能；技術(shù)應(yīng)用；研究

在工作過程中，抽油機通過電機實現(xiàn)減速器的驅(qū)動，使其帶動四連桿機構(gòu)實現(xiàn)驢頭的上下擺動，在驢頭擺動時，會在對抽油桿產(chǎn)生帶動作用的情況下使活塞泵實現(xiàn)上下往復運動，以此實現(xiàn)整個抽汲過程。抽油機在上下運行過程中，具有較大的負載變化，減速器凈扭矩也具有較大的波動幅度，該情況反映在電機上，則表現(xiàn)為電流具有較大的變化。根據(jù)抽油機平衡裝置特性，在扭矩方面具有較高的要求，即在靜止狀態(tài)下也能啟動。為了對該目標進行較好的實現(xiàn)，在電機設(shè)備選擇當中，就需要對電機額定功率引起充分的重視，保證額定功率值能夠滿足要求，當其啟動之后，在負載下降的情況下使電機工作在輕載狀態(tài)當中。此時，電機效率一般都處于5 0%左右，功率因數(shù)則在0.4左右，存在較為嚴重的能源浪費情況，因此其具有較好的節(jié)能潛力。在具體節(jié)能處理中，主要具有兩方面內(nèi)容：第一，從電動機自身考慮，對電機的效率以及負荷率進行提升；第二，從系統(tǒng)層面考慮，對電機機械特性進行改變，在使泵、機、桿系統(tǒng)實現(xiàn)較好配合的情況下達到系統(tǒng)效率的提升。通過對這兩種情況的比較，可以發(fā)現(xiàn)，第二種方式同第一種相比具有更大的潛力，通過在抽油機當中對變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠使泵、機、桿三者間實現(xiàn)較好的配合，且能夠在提升自動化程度的情況下減少工人工作量，在獲得明顯節(jié)能效果的情況下獲得更好的經(jīng)濟效益。

1 抽油機變頻改造方案

1.1 難點

在抽油機改造過程中，其所具有的難點有：第一，其在單一工作循環(huán)中，具有兩次發(fā)電狀態(tài)。在該種情況下，如果沒有做好相關(guān)措施的應(yīng)用，則可能因此使變頻器發(fā)生故障；第二，當啟動抽油機時，其在設(shè)備轉(zhuǎn)矩方面需求較大，如果此時沒有設(shè)置好變頻器參數(shù)，則可能因此出現(xiàn)其不能啟動或過流情況；第三，在異常設(shè)計方案當中，在油濃度以及油井液面變化方面沒有做好考慮，因此，在產(chǎn)量提升效果方面存在一定的不足。

1.2 改造方案

同普通變頻器比較而言，變頻器在抽油機當中具有以下特點：根據(jù)抽油機特殊工作特點以及載荷特點，在按照工作標準嚴格設(shè)計的情況下實現(xiàn)抽油機用變頻器的制造，即將防雷擊裝置、干擾濾波器等設(shè)備都集成在該變頻器當中，以此整體提升設(shè)備的可靠性。抽油機在工作當中為交變工作載荷，即在變頻器當中具有相應(yīng)的控制程度，即在供液情況下實現(xiàn)對工作制度的自動調(diào)整，在對原有固定動態(tài)特性進行轉(zhuǎn)變的情況下使其能夠根據(jù)實際開采情況自動調(diào)節(jié)，即具有可變動態(tài)的特點，在對排量系數(shù)以及泵充滿系數(shù)進行提升的情況下達到無極調(diào)速、節(jié)能以及增產(chǎn)的效果。同時，其使用動態(tài)調(diào)節(jié)抽油機頻次以及上下行程速度，以此在增產(chǎn)的同時也具有較好的節(jié)電效果：第一，能夠以動態(tài)的方式實現(xiàn)抽油機沖程頻次的調(diào)節(jié)。對于抽油機沖程頻次而言，以往可以通過機械的方式對其進行調(diào)整，但對該方式來說，當完成調(diào)整之后，則不能經(jīng)常進行改動。同時，以皮帶輪直徑對頻次進行調(diào)整的方式較為有限，并不能對油井負荷的動態(tài)適應(yīng)需求進行滿足。而在變頻調(diào)速狀態(tài)下，則能夠在工作當中對抽油機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整，即在實現(xiàn)抽油機沖次無極調(diào)節(jié)的情況下對泵的充滿度進行調(diào)整，在對抽取效率積極提升的情況下增加原油產(chǎn)量，在實現(xiàn)電機功率減少的情況下達到節(jié)能目標；第二，能夠在對抽油機上下形成速度進行動態(tài)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上達到增產(chǎn)節(jié)能目標。在對變頻調(diào)速技術(shù)進行應(yīng)用的情況下，通過死點位置傳感器的應(yīng)用，則能夠?qū)ψ冾l調(diào)速器上下沖程不同頻率電源的輸出進行控制，使上下沖程在具有不同轉(zhuǎn)速的情況下對抽油機上下沖程速比進行調(diào)節(jié)。此外，也能夠聯(lián)系實際需求對每個沖程速度進行調(diào)整，以此實現(xiàn)油泵充滿度的提升。而通過對上行程速度的適當提升，則能夠在對提升過程漏失系數(shù)進行減少的情況下達到增產(chǎn)效果。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

抽油機變頻器在具體應(yīng)用中，能夠根據(jù)油井工礦對上下沖程以及沖程的頻次進行調(diào)節(jié)，以此使油井供排系統(tǒng)能夠處于動態(tài)協(xié)調(diào)狀態(tài)下。以我國某油田抽油機為例，在現(xiàn)場對抽油機情況以及油井工況研究之后，確定對前期油井以及中后期油井分別開展變頻改造：在前期油井當中，由于目標油井剛剛開采，具有較大的儲油量，為了能夠獲得功效的提升，現(xiàn)場確定通過對其沖程頻次進行提升的方式使變頻器運行在6 5 Hz，即在提升1/3頻率的情況下提升3 0%電機轉(zhuǎn)速，在獲得較高采油量的同時同工頻情況相比采油率具有3 0%的提升。采油量也隨之提升，同工頻情況相比，綜合采油率具有了2 0%的提升；中后期油井方面，由于目標井所具有的儲量相對較小，在供液能力方面存在不足的情況下，如果此時電機依然按照工頻運行，則將在對電能產(chǎn)生浪費的情況下導致不必要損壞的發(fā)生。對此，則對抽油機沖程頻次進行調(diào)整，以上快下慢的方式開采，將其頻率設(shè)置在3 5～4 5 Hz間，以此使電機平均轉(zhuǎn)速下降約2 0%。由于采油設(shè)備具有較輕的負荷，節(jié)電率則可以達到2 5%左右。而在稠油井開采中后期，由于原油黏度不斷提升，以往經(jīng)常會出現(xiàn)光桿同驢頭“打架”的情況，通過上快下慢工藝的應(yīng)用以及對沖程頻次的調(diào)節(jié)，則能夠在避免該種情況發(fā)生的基礎(chǔ)上實現(xiàn)開采時間的延長，同時也是對原油產(chǎn)量的積極提升。

3 注意事項

在變頻改造中，需要注意以下幾個方面：第一，根據(jù)抽油機轉(zhuǎn)矩較大的特點，在具體改造中，需要做好轉(zhuǎn)矩提升曲線的設(shè)置，使其能夠滿足工作開展要求，而如果沒有做好轉(zhuǎn)矩提升曲線設(shè)置，電流值將因此增大；第二，當抽油機滑塊下降時，其整體負荷將不斷降低，并使電機處于再生發(fā)電狀態(tài)當中。當能量進入到變頻器設(shè)備之后，則會在轉(zhuǎn)換為直流電施加在電路后實現(xiàn)母線電壓的提升。在這里，需要做好電壓值的控制，如果其值過高，則將對主器件造成損壞，如功率模塊以及電解電容等。對此，就需要做好制動回路的施加，在及時做好再生電壓釋放的情況下使主回路器件能夠工作在安全電壓當中；第三，由于抽油機一般在惡劣環(huán)境當中工作，且較多為無人看守。對此，就對變頻器的環(huán)境適應(yīng)能力以及可靠性提出了更高的要求。對此，就需要做好高可靠性變頻器的選擇，同時做好雙層控制柜的設(shè)計，在其中做好自動控制系統(tǒng)的設(shè)置。在高溫情況下，風冷系統(tǒng)將自動啟動，排出柜內(nèi)熱量。在低溫情況下，則將自動加熱，以此保證變頻器能夠始終工作在理想的溫度環(huán)境下。同時，由于控制柜為雙層結(jié)構(gòu)，也避免了陽光對其進行直射。

4 應(yīng)用效果

同傳統(tǒng)抽油機相比，專用變頻器控制的抽油機具有以下方面特點：第一，在運行中，將實現(xiàn)抽油機的軟啟動，在較大程度降低啟動電流的基礎(chǔ)上避免對抽油機以及電動機設(shè)備產(chǎn)生過大周期，即以此實現(xiàn)設(shè)備使用壽命的延長；第二，提升電動機功率因數(shù)，在實現(xiàn)無功損耗減少的基礎(chǔ)上實現(xiàn)變壓器以及電網(wǎng)運行負擔的減輕；第三，具有較強的通用性，即對油井不同工況下要求進行滿足，而根據(jù)其供油能力，則能夠在實現(xiàn)抽油機參數(shù)動態(tài)調(diào)整的基礎(chǔ)上提升原有產(chǎn)量；第四，變頻器具有短路、過壓以及失速等多項功能，即以可靠、精確的方式實現(xiàn)電機保護；第五，在科學調(diào)節(jié)范圍當中實現(xiàn)抽油機沖程的無極調(diào)節(jié)，包括下上沖程速度比以及沖次等；第六，操作便捷，能夠通過面板實現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)以及設(shè)定，且便于用戶的掌握。

5 結(jié)語

綜上所述，本文主要對游梁式抽油機變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用進行了相應(yīng)的研究，通過變頻控制技術(shù)在抽油機當中的應(yīng)用改造，能夠在實現(xiàn)其動力、運動特性改變的基礎(chǔ)上獲得更高的產(chǎn)能以及更好的節(jié)能效果，具有較好的應(yīng)用價值。

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