詹慶亞蔣衍志
(1.大慶油田有限責任公司第十采油廠;2.大慶油田有限責任公司第一采油廠)
抽油機伺服控制器的節(jié)能效果分析
詹慶亞1蔣衍志2
(1.大慶油田有限責任公司第十采油廠;2.大慶油田有限責任公司第一采油廠)
大慶某油田屬于低滲透油田,隨著油田不斷開發(fā),出現(xiàn)一些間歇出油、供液不足的低效井,造成抽油機運行參數(shù)匹配不合理,無功損耗大,功率因數(shù)低等問題。針對這些問題,采用抽油機伺服控制器,現(xiàn)場應用2 6口井,功率因數(shù)提高0.5 7,綜合節(jié)電率2 8.2 4%,實現(xiàn)了抽油機井工況與運行參數(shù)的合理匹配,并降低了抽油機能耗。
低效井 伺服控制器 參數(shù)匹配 能耗降低
大慶某油田在開發(fā)初期時,為了滿足生產(chǎn)要求,抽油機配備大功率電動機,但隨著油田不斷開發(fā),出現(xiàn)一些間歇出油、供液不足的低效井,此井運行功率遠小于電動機額定功率,運行參數(shù)不能合理匹配,無功損耗大,功率因數(shù)低,大大增加了能耗。采用抽油機伺服控制器,通過實時檢測功圖,跟蹤抽油機負載變化,合理匹配油井運行參數(shù),使抽油機工況始終處于最佳的運行狀態(tài),降低了無效損耗,實現(xiàn)了節(jié)能。
1.1 伺服控制器的結(jié)構(gòu)
抽油機伺服控制系統(tǒng)由伺服控制柜、編碼器、極限開關(guān)、負荷傳感器組成。伺服控制柜負責接收傳感器信號、發(fā)送控制指令,完成抽油機的智能化控制[1];編碼器能夠?qū)崟r反饋電機速度、位置的變化情況;極限開關(guān)監(jiān)測抽油機上下沖程周期及轉(zhuǎn)換點的變化;負荷傳感器負責檢測抽油桿負荷,確定示功圖。
1.2 伺服控制器的工作原理
伺服控制器為全閉環(huán)智能控制系統(tǒng)[2],通過負荷傳感器、極限開關(guān)和編碼器反饋參數(shù)信息給數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)通過與實際工況進行比較,再發(fā)送調(diào)整指令給電動機,從而使抽油機工況與運行參數(shù)達到合理匹配,降低無效能耗,實現(xiàn)節(jié)能。
1)實現(xiàn)工況相同條件下的節(jié)能。伺服控制器通過電動機編碼器和電流傳感器反饋回來的信號,合理輸出電動機扭矩,降低電動機的銅損和鐵損,從而實現(xiàn)相同工況下的節(jié)能。
2)自動調(diào)參。伺服控制器通過實時檢測功圖,根據(jù)抽油機負載的變化,自動跟蹤調(diào)參,沖速從0.1min-1至15min-1任意可調(diào)。同時,伺服控制器還能夠自動調(diào)整抽油機上下沖程的速度,可以實現(xiàn)快上慢下、慢上快下、慢上慢下等功能。
3)電容補償。伺服控制器在主回路濾波電路中安裝大容量電容,通過補償電容,能夠降低無功功率,提高功率因數(shù)。
4)軟啟動節(jié)能。伺服控制器能夠?qū)崿F(xiàn)電動機電流從接近于零上升到額定電流的軟啟動功能,避免啟動電流過大對電網(wǎng)造成沖擊,延長設備使用壽命及維修周期。
2011年4月,在26口抽油機上安裝伺服控制器,并進行測試。結(jié)果顯示,安裝前后產(chǎn)量基本穩(wěn)定,沖速下降0.5 min-1,平均有功功率由4.04 k W下降到3.2k W,平均單井日節(jié)電20.16k W h,平均無功功率由18.8 8k v a r下降到3.52k v a r,平均功率因數(shù)由0.25提高到0.8 2,有功節(jié)電率20.79%,無功節(jié)電率8 1.4%,綜合節(jié)電率28.24%。
為了挖掘抽油機伺服控制器的節(jié)能潛力,2011年6月再次試驗,觀察抽油機在不同運行狀態(tài)下的節(jié)能效果。
試驗1:首先將抽油機伺服控制器由工頻狀態(tài)轉(zhuǎn)換到伺服狀態(tài),在原有抽汲參數(shù)不變的情況下,待生產(chǎn)穩(wěn)定后進行系統(tǒng)效率測試。
測試結(jié)果顯示:上下同速狀態(tài),伺服狀態(tài)與工頻狀態(tài)相比,消耗功率下降了0.35 k W,單井日節(jié)電8.4 k W h,功率因數(shù)提高了0.42,綜合節(jié)電率16.09%。從試驗數(shù)據(jù)可以看出,在各項參數(shù)不變的情況下,工頻轉(zhuǎn)換到伺服狀態(tài),具有一定的節(jié)能效果(表1)。
表1 工頻轉(zhuǎn)換到伺服狀態(tài)應用效果統(tǒng)計
試驗2:保持伺服上下同速狀態(tài),降低沖速,待生產(chǎn)穩(wěn)定后進行系統(tǒng)效率測試。
測試結(jié)果顯示:上下同速狀態(tài),沖速由4 min-1下降到3min-1,消耗功率下降了0.34 k W,單井日節(jié)電8.16k W h,功率因數(shù)提高了0.03。從試驗數(shù)據(jù)可以看出,適當?shù)亟档蜎_速,節(jié)電效果(表2)比較明顯。
表2 上下同速沖速降低應用效果統(tǒng)計
試驗3:上下同速狀態(tài)調(diào)整為上快下慢運行特征,待生產(chǎn)穩(wěn)定后進行系統(tǒng)效率測試。
測試結(jié)果顯示:上快下慢運行特征與上下同速相比,消耗功率提高了0.11 k W,單井日耗電2.64 k W h。從試驗數(shù)據(jù)可以看出,采用上快下慢運行特征有一定的能量損失(表3)。
表3 上下同速轉(zhuǎn)換到上快下慢應用效果統(tǒng)計
試驗4:上下同速調(diào)整為上慢下快運行特征,待生產(chǎn)穩(wěn)定后進行系統(tǒng)效率測試。
測試結(jié)果顯示:上慢下快運行特征與上下同速相比,消耗功率下降了0.2k W,單井日節(jié)電4.8 k W h,綜合節(jié)電率6.32%。從試驗數(shù)據(jù)可以看出,上慢下快與上下同速狀態(tài)相比,節(jié)能效果(表4)更加明顯。
表4 上下同速轉(zhuǎn)換到上慢下快應用效果統(tǒng)計
從4組試驗數(shù)據(jù)可以看出,對于同一口油井,在不影響產(chǎn)量的前提下,根據(jù)抽油機工況的變化情況,適當?shù)馗淖兤溥\行參數(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)抽油機負載與電動機沖速的合理匹配,提高設備利用率。
現(xiàn)場應用抽油機伺服控制器26臺,平均單井日節(jié)電20.16k W h,預計年節(jié)省電費4 375元。伺服控制器單價1.8 9萬元,投資回收期4.3年。
抽油機伺服控制器通過實時檢測功圖,根據(jù)抽油機負載的變化,合理匹配油井運行參數(shù),使抽油機工況始終處于最佳的運行狀態(tài),降低無效能耗,具有很好的推廣前景。
1)應用26臺抽油機伺服控制器,平均單井日節(jié)電20.16k W h,功率因數(shù)提高0.57,綜合節(jié)電率28.24%,具有較好的節(jié)能效果。
2)伺服控制器調(diào)參方便,可任意調(diào)整電動機沖速和抽油機上下沖程的速度,使抽油機工況達到最佳的運行狀態(tài),降低無效能耗。
3)根據(jù)抽油機工況的變化情況,適當?shù)馗淖兤溥\行參數(shù),實現(xiàn)抽油機負載與電動機沖速的合理匹配,達到更好的節(jié)能降耗目的。
[1]顏嘉男.伺服電機應用技術(shù)[M].北京:科學出版社,2010:63-64.
[2]田宇.伺服與運動控制系統(tǒng)設計[M].北京:人民郵電出版社,2010:24-25.
10.3969/j.issn.2095-1493.2012.06.010
2012-03-16)
詹慶亞,2006年畢業(yè)于大慶石油學院,電子工程專業(yè),從事采油工程方面的工作,E-mail:y u t a n g 03@163.com,地址:黑龍江省大慶油田有限責任公司第十采油廠工程技術(shù)大隊,163000。