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游梁抽油機(jī)節(jié)能增效配套技術(shù)與應(yīng)用探究

發(fā)布時間:2018-07-02 來源: 散文精選 點擊:


  [摘 要]石油行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)行業(yè),同時也是耗能大戶,如將占絕對多數(shù)的非調(diào)速型電機(jī)改成調(diào)速運行,使其耗電量實現(xiàn)隨負(fù)荷大小而變化,則可節(jié)約大量能源,將產(chǎn)生顯著的節(jié)能效果。抽油機(jī)直接以交流電動機(jī)作為原動機(jī),通過皮帶傳動,凸輪機(jī)構(gòu)把電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為抽油桿的上、下往復(fù)式運動,而交流電動機(jī)的控制僅是一個開關(guān)。其中:抽油機(jī)節(jié)電空間較大。目前油田進(jìn)常用的三相異步電動機(jī),在理想情況下的效率為90%左右,且大多功率因數(shù)小于0.4,所配的電動機(jī)裝機(jī)功率較大,而電動機(jī)正常運行時都是輕載運行,造成抽油機(jī)負(fù)載率低,與電動機(jī)不匹配,形成“大馬拉小車”的生產(chǎn)狀況,浪費電力嚴(yán)重。抽油機(jī)使用的電動機(jī)工作載荷是帶沖擊的周期性交變載荷,與按恒定載荷設(shè)計制造的通用電動機(jī)的工作特征不匹配。通用電動機(jī)的機(jī)械特征是硬特征,在運行過程中其轉(zhuǎn)速隨載荷變化不大,而抽油機(jī)的交變載荷增加了電動機(jī)的電動損耗,再加上選擇的抽油機(jī)與實際需要不匹配,降低了整機(jī)的地面效率。分析抽油機(jī)的用電特征,根據(jù)每臺抽油機(jī)具體的“癥結(jié)”所在,綜合考慮制定出相應(yīng)的節(jié)電措施,實現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)運行。
  [關(guān)鍵詞]三相異步電動機(jī);抽油機(jī);周期性交變載荷;節(jié)能增效
  中圖分類號:S623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-914X(2018)24-0160-01
  針對油田游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高,使用維護(hù)方便,適應(yīng)現(xiàn)場工況,是油田的首選設(shè)備。隨著油田進(jìn)入開發(fā)中后期,如何打造油井電動機(jī)的節(jié)能增效是一項重要任務(wù)。本文根據(jù)工作實踐,從現(xiàn)狀出發(fā),提出了一套具有實用意義的電機(jī)節(jié)能增效措施,具有重要的參考意義及推廣價值。
  1 電機(jī)帶動抽油機(jī)存在問題
  1.1 發(fā)電現(xiàn)象。現(xiàn)有的節(jié)電措施大都是針對電機(jī)低負(fù)荷率下效率低和功率因數(shù)低造成的電能浪費的情況,而抽油機(jī)浪費電能的另一個重要原因是抽油機(jī)拖動電機(jī)發(fā)電,有實驗證明:目前使用的各種類型的電動機(jī)都多少存在這種情況。由于抽油機(jī)負(fù)載波動很大,在抽油機(jī)的正常運轉(zhuǎn)中會出現(xiàn)抽油機(jī)減速箱輸入軸的運轉(zhuǎn)速度大于電機(jī)對它的驅(qū)動速度的情況,這時,抽油機(jī)就拖動電機(jī)發(fā)電,其發(fā)的電不會完全與電網(wǎng)同步和存在線路損耗,可以肯定電機(jī)發(fā)的電不能完全被電網(wǎng)利用。在整個電能—機(jī)械能—電能的轉(zhuǎn)換過程中能有很大的一部分能量被浪費掉。
  1.2 電動機(jī)負(fù)載低。為保證抽油機(jī)的啟動要求和在運行時有足夠的過載能力,通常所配的電動機(jī)裝機(jī)功率較大,而電動機(jī)正常運行時都是輕載運行,造成抽油機(jī)負(fù)載率低,與電動機(jī)不匹配,形成“大馬拉小車”的生產(chǎn)狀況,使線路、變壓器、電動機(jī)的功率損耗增大;電動機(jī)的運行效率取決于負(fù)載率,輕載時電動機(jī)的效率很低,當(dāng)負(fù)載增加到一定值時,變化則很小,有實驗證明:負(fù)載率〈0.4時,效率的變化不大,負(fù)載率>0.7時,效率最高。當(dāng)電動機(jī)負(fù)荷很低時,電動機(jī)仍要從電網(wǎng)吸取較大的無功功率,從而降低了功率因數(shù),這就是目前電機(jī)功率因數(shù)低的主要原因。
  1.3 平衡率低。現(xiàn)場使用的抽油機(jī)平衡率低,嚴(yán)重的不平衡造成電力的浪費,造成多數(shù)電動機(jī)電流變化不均勻,使電動機(jī)內(nèi)耗大大增加,影響整個抽汲系統(tǒng)的效率。
  2 抽油機(jī)節(jié)能特點和應(yīng)用
  常規(guī)型游梁式抽油機(jī)工作特點是承受交變載荷,懸點運動速度和加速度的變化使載荷極不均勻,工作能耗偏高,不平衡現(xiàn)象普遍存在,地面系統(tǒng)效率偏低,用電多。異向型游梁式抽油機(jī)具有峰值扭矩低、所需電動機(jī)功率低等特點,運轉(zhuǎn)時平衡效果較好。在相同的情況下,其系統(tǒng)效率比常規(guī)型高2.5-4%。前置式游梁抽油機(jī)具有平衡效果好、光桿最大載荷小、節(jié)能效果好等特點。其缺點是懸點載荷低于額定懸點載荷,造成抽油機(jī)資源的浪費,工作時前沖力大,影響機(jī)架的穩(wěn)定性,使它的應(yīng)用受到制約。現(xiàn)場應(yīng)用的節(jié)能電動機(jī)主要有:變級調(diào)速、電磁調(diào)速電機(jī)(滑差電機(jī))、變頻調(diào)速、高轉(zhuǎn)差率電機(jī)、永磁同步電機(jī)、雙功率電機(jī)幾種,下面對它們的特性和現(xiàn)場應(yīng)用情況做一簡單陳述。變頻調(diào)速可以低速輕載啟動,抽油機(jī)沖次及上下沖程的速比可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié),可以根據(jù)油井井況進(jìn)行抽空控制,自動調(diào)節(jié)抽汲參數(shù),有電流保護(hù)、過電壓保護(hù)等作用,但由于價格昂貴和維修不方便等的原因,在現(xiàn)場應(yīng)用極少;铍姍C(jī)可實現(xiàn)無極調(diào)速,電機(jī)轉(zhuǎn)軸與負(fù)載之間為軟特征連接,可以平滑啟動,但低速時損耗大、效率低,由于應(yīng)用調(diào)速電機(jī)的油井多為供液能力差、需實現(xiàn)低沖次運行的油井,此種電機(jī)在現(xiàn)場應(yīng)用不廣泛。高轉(zhuǎn)差率電機(jī)具有較高的轉(zhuǎn)差率和軟的機(jī)械特征,較高的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和較小的堵轉(zhuǎn)電流,較高的效率、功率因數(shù),適用于轉(zhuǎn)動飛輪轉(zhuǎn)矩較大和不均勻沖擊載荷,特別是抽油機(jī)用沖擊載荷。雙功率電機(jī)是油田與石油大學(xué)合作研究生產(chǎn)的,采用改變繞組的接法來改變電機(jī)的極數(shù)和輸出功率,以便與機(jī)械負(fù)載的負(fù)載特征相匹配,可以簡化其變速系統(tǒng),從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。永磁電機(jī)是一種同步電機(jī),具有體積小、重量輕,結(jié)構(gòu)簡單,效率高,功率因數(shù)高,運行穩(wěn)定的特點。特別在抽油機(jī)輕載時在一定范圍內(nèi)的效率還要高于額定值的94%,最高可達(dá)96%,又可獲得任意高的功率因數(shù),最高為0.98左右,還可起到補償電容器的作用,啟動力矩大,過載能力強(qiáng),從根本上解決了“大馬拉小車”的現(xiàn)象,節(jié)電效果非常明顯。
  3 電機(jī)增效對策
  可以根據(jù)每一臺抽油機(jī)具體的“癥結(jié)”所在,綜合考慮制定出相應(yīng)的節(jié)電措施,實現(xiàn)抽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)運行,下面提幾點措施:(1)提高電動機(jī)的負(fù)載率。電機(jī)低負(fù)荷率下的效率低和功率因數(shù)低是抽油機(jī)浪費電能的原因之一,電動機(jī)負(fù)載率提到7-12%,則系統(tǒng)效率可提高2-4%,當(dāng)電機(jī)負(fù)載率低于25%時,應(yīng)考慮奉還一個低容量級別的電動機(jī)。(2)油井參數(shù)優(yōu)化。針對供液不足井泵效低,耗電量大的現(xiàn)狀,采取低速電機(jī)和變頻器手段進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,達(dá)到節(jié)電的目的。(3)合理選用抽油機(jī)機(jī)型,充分發(fā)揮抽油機(jī)潛力。抽油機(jī)的懸點載荷狀況是影響抽油機(jī)能耗的主要因素,其理想載荷率為80%左右。由于油井井況多變,因此需要經(jīng)常調(diào)節(jié)平衡,另外的原因是,平衡度好的抽油機(jī),在穩(wěn)定生產(chǎn)的情況下,抽油機(jī)拖動電動機(jī)發(fā)電少。(4)選用節(jié)能電動機(jī),改造普通電動機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場情況,選擇節(jié)能電動機(jī),減小機(jī)內(nèi)損耗,提高電動機(jī)本身的運行效率,使抽油機(jī)與電動機(jī)保持良好的功率匹配,提高效率,節(jié)約用電。改造現(xiàn)有普通電動機(jī),在電動機(jī)機(jī)軸處安裝一個帶蓄能器的離合器,使電動機(jī)實現(xiàn)空載啟動,降低啟動電流,從而減小電動機(jī)的裝機(jī)功率,提高電機(jī)的負(fù)載率。電動機(jī)的星角接線自動變換裝置,在輕載時,Y接線運行,負(fù)載增大時,改為角接線運行。(5)安裝無功補償裝置。單井功率因數(shù)補償柜是在變壓器低壓側(cè)投加電容,利用無功就地補償裝置產(chǎn)生的容性電流抵消電動機(jī)的感性電流,油井安裝無功補償器后,降低了線路的損耗和變壓器的銅耗,從而提高功率因數(shù),提高效率,達(dá)到節(jié)電目的。(6)使用節(jié)能減速器。抽油機(jī)節(jié)能減速器由一個軸承支座和兩個大小不同的皮帶輪組成,兩個皮帶輪通過軸和軸承固定在軸承支座上,軸承支座通過底座螺栓固定在抽油機(jī)底座上,大皮帶輪通過皮帶與電機(jī)相連接,小皮帶輪與抽油機(jī)皮帶輪連接,通過加大傳動比,在電機(jī)功率降低的情況下,滿足抽油機(jī)懸點負(fù)荷要求,實現(xiàn)0.5-4.0次達(dá)到降低沖次和節(jié)電的目的,其具有啟動平穩(wěn)、運行平穩(wěn)、優(yōu)化油井參數(shù)、降低電耗與成本的特點。
  本文通過分析抽油井耗電組成,提出優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)、加藥熱洗降粘、調(diào)整抽油機(jī)平衡、合理匹配電機(jī)、落實抽油機(jī)保養(yǎng)調(diào)整工作、新工藝新技術(shù)嘗試等各種有效措施降低了抽油井耗電量,收到明顯效果,真正地做了降本增效。
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  [3] 電機(jī)有功功率曲線在抽油井分析中的應(yīng)用[J].王德喜.石油鉆采工藝.2017(05).

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