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        抽油機(jī)節(jié)能控制技術(shù)的應(yīng)用分析

        2014-09-25 03:08:03李發(fā)旭
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2014年16期
        關(guān)鍵詞:游梁曲柄抽油機(jī)

        邢 磊 李發(fā)旭

        (長慶油田第三采油廠,寧夏 銀川 750006)

        抽油機(jī)節(jié)能控制技術(shù)的應(yīng)用分析

        邢 磊 李發(fā)旭

        (長慶油田第三采油廠,寧夏 銀川 750006)

        我國油井大多采用的常規(guī)游梁式抽油機(jī),存在著能耗大的缺點。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,石油的需求量越來越大,原油開采的難度增大,開采成本增加,對常規(guī)抽油設(shè)備進(jìn)行節(jié)能控制,或采用新型節(jié)能抽油設(shè)備,對降低開采成本,提高油田經(jīng)濟(jì)效益并達(dá)到國家節(jié)能減排的要求具有重要意義。本文就抽油機(jī)采油系統(tǒng)節(jié)能控制技術(shù)應(yīng)用必要性、抽油機(jī)能耗大的原因及解決方案、抽油機(jī)節(jié)能控制技術(shù)的應(yīng)用等幾方面進(jìn)行了論述。

        抽油機(jī);節(jié)能控制技;應(yīng)用

        隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,我國對石油的需求量增長快速,由于不斷的開采,使我國油田中自噴井越來越少,很大一部分油井已進(jìn)入中后期開發(fā)階段,原油的含水量不斷增加,油井動液面和油層壓力成下降趨勢。原油產(chǎn)量隨著含水率的升高而遞減,必須加大采液量才能保證原油穩(wěn)產(chǎn),并且開采時需要靠注水壓油入井,再用抽油機(jī)把石油抽上來,所以機(jī)械采油已成為國內(nèi)各油田主要的原油開采方式。目前機(jī)采方式又分為抽油機(jī)采油﹑螺桿泵采油和電泵采油。其中抽油機(jī)在油田開采中的應(yīng)用量非常大,是很重要的開采裝備。傳統(tǒng)的抽油機(jī)需要高速運轉(zhuǎn),普遍存在著起動沖擊大,運行耗能多,效率低下﹑斷桿﹑燒電機(jī)等等諸多問題。如果能把現(xiàn)有的抽油機(jī)的能耗降下來,將為油田的生產(chǎn)節(jié)約大量成本,大幅提高油田有經(jīng)濟(jì)效益。

        一﹑抽油機(jī)采油系統(tǒng)節(jié)能控制技術(shù)應(yīng)用必要性

        抽油機(jī)的使用已超過100年的歷史,到現(xiàn)在國內(nèi)外油田仍普遍使用。抽油機(jī)中最為常用的是常規(guī)游梁式抽油機(jī),其開采的油量占全部機(jī)械采油的80%以上,這種抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單﹑制造容易﹑可靠性高﹑耐久性好﹑維修方便等特點,但這些特點也決定了常規(guī)游梁式抽油機(jī)載荷率低﹑效率低和能耗大等缺點。我國90%以上的油井需要抽油機(jī)采油,使抽油機(jī)能耗占到了采油成本的40%以上,僅次于注水成本。另外,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,新型的抽油機(jī)也不斷的出現(xiàn),如國產(chǎn)數(shù)控抽油機(jī)﹑鏈條式抽油機(jī)﹑液壓抽油機(jī)等等,但這些新型的抽油機(jī)都存在著一些問題如價格昂貴﹑性能不可靠﹑維修保養(yǎng)不方便﹑操作技術(shù)要求高等,這些問題限制了新型抽油機(jī)的進(jìn)一步推廣使用。因此研究開發(fā)新型節(jié)能型抽油機(jī)和對現(xiàn)有的抽油機(jī)進(jìn)行節(jié)能控制顯得非常重要,這對降低采油成本,提高油田企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及達(dá)到國家節(jié)能減排的要求具有非常重要的意義。

        二﹑抽油機(jī)能耗大的原因及解決方案

        抽油機(jī)能耗大的主要原因是:①由于曲柄配重形成幾何偏心,轉(zhuǎn)動慣量極大,必須要配套大容量電機(jī)才能正常啟動,而運轉(zhuǎn)時又導(dǎo)致了大馬拉小車現(xiàn)象,使無功損耗增加;②不同的曲柄角度的平衡效果是不一樣的,平衡效果越差,能耗就越大;③抽油桿下落時所釋放的機(jī)械能除了部分轉(zhuǎn)變成平衡重的位能,還有部分通過電機(jī)的再生發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)化成了電能,但所產(chǎn)生電能又不能被電網(wǎng)全部吸收,造成了能量的浪費;④負(fù)轉(zhuǎn)矩的存在又加速了曲柄銷的破壞,使減速器的齒輪經(jīng)常受反向負(fù)荷,降低了抽油機(jī)的使用壽命。

        抽油機(jī)采油系統(tǒng)可以分為以下幾個子系統(tǒng):電動機(jī)及控制裝置﹑連桿機(jī)構(gòu)﹑懸點載荷平衡裝置和傳動元件。降低抽油機(jī)能耗可以從幾個子系統(tǒng)方面入手,目前的節(jié)能技術(shù)研究主要是對抽油機(jī)本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,而達(dá)到節(jié)能的目的。一是減少傳動機(jī)構(gòu),減少運動件,從而減少摩擦,降低傳動所需的動能,提高機(jī)械效率。二是改變平衡方式,減少啟動所需的功率,從而減小裝機(jī)功率,改變大馬拉小車的現(xiàn)象。三是針對現(xiàn)有抽油機(jī)安裝節(jié)能控制裝置。

        三﹑抽油機(jī)節(jié)能控制技術(shù)的應(yīng)用

        1改進(jìn)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)

        優(yōu)化設(shè)計抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)和改變抽油機(jī)平衡方式,從而改變抽油機(jī)曲柄軸凈扭矩曲線,達(dá)到減小負(fù)扭矩目的,使扭矩波動趨于平緩,減小抽油機(jī)的周期載荷系數(shù),以提高電動機(jī)的工作效率,達(dá)到節(jié)能的目的。通過改進(jìn)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu),成為新一代的節(jié)能型抽油機(jī),主要有異相曲柄平衡抽油機(jī)﹑直線電機(jī)式抽油機(jī)﹑雙驢頭抽油機(jī)﹑前置式抽油機(jī)﹑漸開線抽油機(jī)等,這些新型節(jié)能型抽油機(jī)在保持常規(guī)游梁式抽油機(jī)的優(yōu)點的基礎(chǔ)上,還具有了低沖次節(jié)能和系統(tǒng)效率高等優(yōu)點。其中,漸開線抽油機(jī)是其中的典型代表,不但節(jié)能效果好,還使曲柄軸凈扭矩曲線變化平緩,消除了負(fù)扭矩,降低了減速箱額定扭矩,減少了裝機(jī)功能,是新型抽油機(jī)的研發(fā)的主要方向。

        2電機(jī)定子繞組調(diào)壓控制技術(shù)

        因游梁式抽油機(jī)的裝機(jī)功率較大,只在啟動時才負(fù)荷運轉(zhuǎn),根據(jù)游梁式抽油機(jī)的實際運行情況來看,工作的功率僅為裝機(jī)功率的三分之一左右,針對這種大馬拉小車的情況,采用繼電接觸器對抽油機(jī)電動機(jī)定子繞組進(jìn)行切換,來實現(xiàn)對電機(jī)調(diào)壓的目的,達(dá)到有效降壓節(jié)能的效果。抽油機(jī)要求啟動轉(zhuǎn)矩大,啟動時定子繞組接成三角形,當(dāng)啟動后正常工作時,定子繞組就會改變接法,改為星接法,通過改變電機(jī)定子繞組的接法實現(xiàn)減壓的功能,從而減少了電量的浪費。

        3節(jié)能控制裝置的應(yīng)用

        根據(jù)基本原理,節(jié)能控制裝置可為兩類,一種是變頻控制裝置,另一種是電能跟蹤回饋裝置。變頻控制裝置可以根據(jù)需要改變電源頻率,降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速,減小電機(jī)的功率,改善電網(wǎng)環(huán)境,實現(xiàn)電機(jī)軟啟動,降低了能耗。但該類裝置存在著頻率降低時,沖次變小,影響油井的產(chǎn)量的缺點。電能跟蹤補(bǔ)償裝置使用的是晶閘管調(diào)壓調(diào)流控制技術(shù),利用集成控制模塊動態(tài)的根據(jù)負(fù)載變化來調(diào)節(jié)輸入電機(jī)的電壓和電流,電流始終保持在適合抽油機(jī)工作的狀態(tài)上,保證電動機(jī)的輸出功率與負(fù)荷需求精確匹配。這種裝置可以自動跟隨控制,在不減少抽油量的前提下實現(xiàn)節(jié)能效果。這類裝置配還具有軟啟動功能,減少了沖擊電流對電機(jī)絕緣的破壞﹑降低電機(jī)運行溫度﹑延長使用壽命,提高了抽油機(jī)的適用性,達(dá)到高效節(jié)能的目的。

        總之,在當(dāng)前石油開采難度增大的情況下,要保證原油產(chǎn)量,并達(dá)到節(jié)能減排的要求,就必須研發(fā)新的節(jié)能控制技術(shù),并對現(xiàn)有的抽油設(shè)備進(jìn)行必要的改造,才能節(jié)約能源,提高抽油機(jī)的工作效率﹑延長使用壽命,并提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

        [1]張立新.抽油機(jī)節(jié)電控制系統(tǒng)研究[J].才智,2012(11).

        [2]劉晨,趙萬春.常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能潛力分析及對策[J].石油和化工設(shè)備,2011(14).

        [3]魏興旺.基于PLC控制技術(shù)的抽油機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計[J].中國科技信息,2010(18).

        TM93

        B

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