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        抽油機用超越離合器提高系統(tǒng)效率與節(jié)能效果分析

        2015-12-20 01:04:39孫亞州中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心
        石油石化節(jié)能 2015年7期
        關(guān)鍵詞:抽油機效率效果

        孫亞州(中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心)

        抽油機用超越離合器提高系統(tǒng)效率與節(jié)能效果分析

        孫亞州(中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心)

        游梁式抽油機電動機由于受結(jié)構(gòu)等因素影響,在運行過程中會出現(xiàn)反發(fā)電現(xiàn)象,將抽油機機械能轉(zhuǎn)化為電能,該部分電能無法被利用,同時也降低了抽油機井的系統(tǒng)效率。抽油機加裝超越離合器后,使交流電動機單向出力,油桿下落的勢能除克服摩擦力外幾乎全部轉(zhuǎn)化為平衡塊的動勢能,從而發(fā)揮平衡塊的儲能作用,消除四連桿機構(gòu)中的機械內(nèi)應力,使抽油機具有平衡自適應能力,提高節(jié)能效果及系統(tǒng)效率。

        游梁式抽油機 超越離合器 系統(tǒng)效率 動態(tài)平衡

        隨著油田開發(fā)進入高含水階段,能耗量持續(xù)增加。目前大慶油田機采井的年耗電量約占油田油氣生產(chǎn)年耗電量的30%左右,是油田主要耗能系統(tǒng)之一。因此,運用先進的節(jié)能技術(shù)及措施提高機采井的系統(tǒng)效率,降低能耗,對挖掘抽油機節(jié)能潛力、創(chuàng)造經(jīng)濟效益,提高抽油機能效管理水平有很大意義。

        1 抽油機電動機運行

        1.1 抽油機電動機反發(fā)電特性

        游梁式抽油機工作原理是電動機通過皮帶傳動帶動減速箱,由四連桿機構(gòu)把減速箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橛瘟后H頭帶動抽油桿的上下往復直線運動。目前國內(nèi)外抽油機是以驢頭懸點上下沖程時間相等為設(shè)計基礎(chǔ)。上沖程時,電動機做功帶動抽油機提升原油及抽油桿柱上升;下沖程時,由于受四連桿機構(gòu)的影響,抽油機懸點載荷作用在曲柄軸上的載荷扭矩會產(chǎn)生一定的偏移[1],即會出現(xiàn)“負扭矩”。當出現(xiàn)這種情況時,抽油機將拖動電動機運行,電動機此時的轉(zhuǎn)速大于其同步轉(zhuǎn)速,處于發(fā)電狀態(tài)。當交流電動機轉(zhuǎn)速超過其同步轉(zhuǎn)速時,電動機參與了抽油機的平衡機能,將抽油桿下落的能量部分轉(zhuǎn)化為電能,這種損耗可達50%左右,而且這部分能量在電網(wǎng)上的應用很小,效率低下。實際測試抽油機功率曲線中發(fā)現(xiàn),抽油機井中交流電動機負發(fā)電現(xiàn)象非常普遍,這也是造成抽油機地面系統(tǒng)效率低的一個主要因素。

        1.2 電動機反發(fā)電的危害性

        電動機的反發(fā)電是一種不利于抽油機運行的影響因素,主要出現(xiàn)在下沖程中后期抽油桿反拖驢頭的過程中。異步電動機發(fā)電需從電網(wǎng)中汲取滯后的無功功率進行勵磁,而這部分功率比較大,約為電動機額定功率的1/5~1/4,這將加大電網(wǎng)無功功率損耗,降低電網(wǎng)功率因數(shù)[2]。從能量守恒角度上講,電動機發(fā)電過程中,把部分儲存在抽油機平衡塊中的機械能轉(zhuǎn)化為了電能反饋到電網(wǎng),而這部分能量其實是最初電網(wǎng)提供給電動機的,這就造成了電動機長期處于交替發(fā)電的運行狀態(tài),在電能-機械能-電能的轉(zhuǎn)換過程中消耗大量的能量,加重生產(chǎn)成本,降低收益。同時,由于電動機反發(fā)電是在抽油機拖動下進行的,轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定,其所發(fā)電的相位及頻率都不能達到電網(wǎng)的電能質(zhì)量要求,從而會污染電網(wǎng),造成電網(wǎng)供電不穩(wěn),對電動機運行產(chǎn)生不良影響,甚至損壞電動機,影響油田生產(chǎn)。

        2 抽油機超越離合器應用

        2.1 超越離合器技術(shù)原理

        抽油機超越離合器是一種只能單方向傳輸動力的機械機構(gòu),安裝在游梁式抽油機的傳動系統(tǒng)中,使電動機只能單向傳遞扭矩,就像自行車的飛輪一樣。當抽油機運行到下沖程中后期,電動機即將產(chǎn)生負扭矩的瞬間,超越離合器內(nèi)部的棘輪結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)脫開,完成瞬態(tài)超越,使得抽油機的動力傳送系統(tǒng)變?yōu)閱蜗騽恿鲃?,動力傳不過去,油桿下降的能量只能轉(zhuǎn)化為平衡塊的機械能。這時電動機相當于空載運行,抽油機無法反拖電動機發(fā)電,消除了負功,杜絕了反發(fā)電現(xiàn)象,同時提高了電動機和皮帶的傳動效率,可達到提高系統(tǒng)效率及節(jié)能的目的。由于電動機沒有參與抽油機的平衡,使得抽油機的平衡準確性得到了很大提高,抽油機系統(tǒng)具有一定的自適應能力,可以保證抽油機長期在平衡狀態(tài)下運行。

        表1 超越離合器應用節(jié)能效果對比

        2.2 超越離合器現(xiàn)場應用

        2014年,在喇嘛甸油田對5臺安裝超越離合器裝置的抽油機進行了現(xiàn)場節(jié)能效果測試,通過對其改造前后進行現(xiàn)場比對測試,5臺抽油機井安裝超越離合器后平均有功節(jié)電率為10.15%,無功節(jié)電率為15.95%,綜合節(jié)電率為10.46%,系統(tǒng)效率平均提高了5.62%,產(chǎn)液量平均提高了2.6 t/d,取得了較好的增產(chǎn)和節(jié)能效果,并有效提高了抽油機井的系統(tǒng)效率,見表1。

        以喇1#井為例,安裝超越離合器前:電動機輸入功率為9.64 kW,噸液百米耗電0.79 kWh,系統(tǒng)效率35.66%,產(chǎn)液量45 t/d。安裝后:電動機輸入功率為9.02 kW,噸液百米耗電0.70 kWh,系統(tǒng)效率41.83%,產(chǎn)液量47 t/d。節(jié)能效果:有功節(jié)電率11.50%,綜合節(jié)電率12.19%,系統(tǒng)效率提高了6.17%。由此可見,安裝超越離合器后,抽油機井的節(jié)電效果及系統(tǒng)效率都取得了明顯的提高。

        從平衡度情況來看,安裝超越離合器后,抽油機平衡度在未進行人工調(diào)整的情況下,隨著產(chǎn)液量等參數(shù)的變化實現(xiàn)了相應的調(diào)整。其中喇3#井的平衡度在安裝前不合格,安裝后隨著工況的變化平衡度已經(jīng)合格,基本實現(xiàn)了超越離合器對抽油機平衡度調(diào)整的功能,提高了抽油機平衡調(diào)整的準確性。

        3 結(jié)束語

        通過對超越離合器裝置的研究及現(xiàn)場實際應用效果測試,可以得出以下結(jié)論:

        1)超越離合器改變了抽油機原來的傳動原理,通過單向扭矩傳送,解決了電動機反發(fā)電的問題,基本消除了負功,有效提高電動機的傳動效率;在不改變皮帶輪輪徑的情況下,能夠快速便捷的實現(xiàn)抽油機平衡的自適應變化,適應了抽油機生產(chǎn)需要。

        2)安裝超越離合器后,抽油機井可以實現(xiàn)增產(chǎn)效果,同時降低了抽油機有功及無功單耗,提高了系統(tǒng)效率,實現(xiàn)了節(jié)能效果。

        3)有效解決了電動機參與抽油機平衡的情況,對抽油機實現(xiàn)精確平衡,更好的實現(xiàn)平衡控制具有很好的效果。

        [1]鄔亦炯.游梁式抽油機曲柄軸扭矩計算公式剖析[J].石油機械,1994,22(5):35-42.

        [2]葛蘇鞍,何靜.抽油機電動機運行狀態(tài)分析[J].油田節(jié)能,2000,11(1):35-36.

        10.3969/j.issn.2095-1493.2015.007.021

        2015-06-09)

        孫亞州,2014年畢業(yè)于黑龍江科技學院,從事油田節(jié)能監(jiān)測工作,E-mail:13136813666@163.com,地址:黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西賓路48號,163453。

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