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        抽油機多功能調(diào)速裝置節(jié)能評價與認識

        2018-03-14 05:29:51黃晶楊關(guān)宏業(yè)大慶油田有限責任公司第七采油廠
        石油石化節(jié)能 2018年1期
        關(guān)鍵詞:沖程節(jié)電單井

        黃晶楊 關(guān)宏業(yè)(大慶油田有限責任公司第七采油廠)

        1 調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)及原理

        抽油機多功能調(diào)速裝置主要由傳感器、控制面板、變頻器、濾波器組成[1]。設(shè)備共設(shè)有兩個控制回路,可實現(xiàn)工頻、變頻之間任意切換[2]。其中傳感器負責傳輸曲柄旋轉(zhuǎn)過程中的位置信號,分辨出抽油機懸點位于上沖程或是下沖程,并將信號傳遞給控制面板;控制面板向變頻器傳達工作指令,測量電參數(shù),分析判斷工況,監(jiān)測設(shè)備運行,同時具備過載、欠載保護功能;變頻器接受控制面板工作指令,實現(xiàn)節(jié)能、軟起、軟停、電動機轉(zhuǎn)速調(diào)整和無級調(diào)整沖速的功能[3];濾波器可有效減少對周邊其他電力設(shè)備的干擾及電網(wǎng)的沖擊,有效控制諧波對電動機的影響[4]。

        2 調(diào)速裝置軟啟動特性試驗

        根據(jù)抽油機變負載的運行特性[5],針對啟動困難、液面波動較大的井應(yīng)用抽油機多功能調(diào)速裝置,并通過跟蹤測試應(yīng)用前后電動機工作電壓、電流和功率變化曲線,分析曲線變化規(guī)律,對比啟動電流和有功功率等電能參數(shù),評價該裝置的軟啟動特性。

        2.1 標準井軟啟動試驗

        在動液面200 m情況下(其他工況類似),對比標準井工頻啟動與變頻啟動的啟動電流。由圖1可以看出,工頻啟動時的啟動電流為正常運行時的7~8倍,而變頻啟動的電流小于正常運行時電流值。

        圖1 啟動電流對比

        2.2 生產(chǎn)井軟啟動試驗

        為驗證該裝置軟啟動特性,選擇啟動困難且功率利用率低于20%的抽油機井作為試驗對象(表1)。以葡A井為例,該井機型CYJ10-3-37HB,電動機額定功率37 kW,功率利用率僅為16.8%,且啟動困難。應(yīng)用多功能調(diào)速裝置后,采用變頻順利啟動。將原電動機更換18.5/28 kW雙速電動機,工頻無法啟動,變頻正常啟動。因此,證明多功能調(diào)速裝置的軟啟動特性既能解決抽油機啟動困難問題,而且能合理匹配裝機功率,提高電動機利用效率。

        表1 葡A井軟啟動性能評價

        3 調(diào)速裝置無級調(diào)速功能試驗

        該裝置的變頻器以“交-直-交”轉(zhuǎn)換的方式,通過三項逆變電路來調(diào)整頻率[6],來達到控制電動機轉(zhuǎn)數(shù),實現(xiàn)不停機調(diào)整沖速的功能。該裝置的控制面板上帶有電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕,轉(zhuǎn)動旋鈕可以實現(xiàn)沖速的無級調(diào)節(jié)。綜合考慮電動機承受能力,將變頻調(diào)整范圍設(shè)定為工頻頻率的60%~120%。即可在30~60 Hz進行無級調(diào)節(jié)。實現(xiàn)無級調(diào)速后,節(jié)省更換皮帶、皮帶輪費用,降低工人勞動強度,提高抽油機運行時率的目的。

        為驗證裝置的無級調(diào)速功能,選擇供液不足且參數(shù)無法下調(diào)的抽油機井作為試驗對象。以葡B井為例(圖2),該井沖程1.8 m、沖速4次/min,參數(shù)已無法下調(diào)。通過頻率調(diào)整后,沖速變?yōu)?.4次/min,沉沒度逐漸下降,并保持相對穩(wěn)定。對比試驗前后功圖情況(圖3),發(fā)現(xiàn)試驗井功圖得到明顯改善。

        圖2 葡B井沖速調(diào)節(jié)與沉沒度變化曲線

        同時,為防止非機采井管理人員隨意調(diào)節(jié)沖速,造成抽油機井動液面急速下降,導(dǎo)致干磨、燒泵現(xiàn)象發(fā)生。將變頻器主板內(nèi)數(shù)字處理器程序進行升級改造。通過簡單設(shè)置,可將電位器鎖定。此時,任意旋轉(zhuǎn)電位器,生產(chǎn)參數(shù)也不會發(fā)生變化。

        4 調(diào)速裝置“上快下慢”運行工況技術(shù)試驗

        該裝置傳感器安裝于曲柄下方,它是通過監(jiān)測曲柄旋轉(zhuǎn)過程中的曲柄位置信號,分辯出抽油機懸點位于上沖程或是下沖程,提供變頻器開關(guān)信號,使抽油機下慢上快運行。根據(jù)單井的生產(chǎn)參數(shù),在保證或接近原井沖速的前提下,跟蹤測試在一個沖程周期內(nèi),對抽油機的上、下行程速度的優(yōu)化分配狀況,試驗其能否實現(xiàn)延長下行程時間、縮短上行程時間,提高油井泵效,減緩桿、管沖擊,延長油井檢泵周期。表2為200 m時變頻器40 Hz與變頻上沖程45 Hz下沖程35 Hz時的對比數(shù)據(jù),由數(shù)據(jù)可以看出,“上快下慢”基本沒有節(jié)能效果,但是泵效大幅度提高。

        表2 200 m時變頻器不同沖程時的對比數(shù)據(jù)

        5 節(jié)能效果及適應(yīng)性評價

        5.1 標準井節(jié)能效果評價

        圖3 葡B井試驗前后功圖變化

        按照標準SY/T 6422—2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》中的要求,分別在動液面為200 m、300 m、400 m、500 m,抽油機平衡率在80%~110%的條件下,進行裝置安裝前后對比測試。共對比8井次,標準井平均功率因數(shù)0.938、系統(tǒng)效率31.90%、有功單耗0.889 kWh/100 m·t,平均無功單耗0.211 kvarh/100 m·t。與同型常用抽油機對比結(jié)果:有功節(jié)電率7.81%,無功節(jié)電率90.31%,綜合節(jié)電率13.11%。同時,發(fā)現(xiàn)沉沒度在200 m、300 m時,調(diào)速裝置節(jié)能效果最好。綜合節(jié)電率分別為14.70%、15.99%(表3)。

        表3 不同負載條件下匯總

        5.2 生產(chǎn)井效果評價

        按照標準SY/T 6422—2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》中的要求,油井產(chǎn)液量和動液面變化不應(yīng)超過±5%,抽油機平衡度應(yīng)在80%~110%,進行裝置安裝前后對比測試。對比測試884井次,平均有功節(jié)電率11.63%,無功節(jié)電率47.87%,綜合節(jié)電率16.35%,單井日節(jié)電37.8kWh。

        1)生產(chǎn)井單井效果。運行功率和運行電流大幅度下降,運行電流和功率降低幅度在50%以上(表4)。

        表4 葡C井運行電流和啟動功率對比

        2)綜合節(jié)電率與產(chǎn)液量級別關(guān)系。該裝置適用于任何產(chǎn)液量級別的機采井,平均綜合節(jié)電率均可達15%以上。

        3)綜合節(jié)電率與沉沒度關(guān)系。當沉沒度控制在該區(qū)塊合理沉沒度界限時(160~360 m),綜合節(jié)電率相對較高??紤]到現(xiàn)場參數(shù)實際調(diào)整情況,建議將沉沒度控制在200~300 m。

        4)單井日節(jié)電與產(chǎn)液量及沉沒度。沉沒度控制在合理范圍內(nèi)(200~300 m)時,單井日節(jié)電隨著產(chǎn)液量的增加而增加。當沉沒度大于合理范圍時,單井日節(jié)電呈下降趨勢。

        6 結(jié)論與認識

        1)適用于0~140 t產(chǎn)液量級別的機采井,當沉沒度控制在區(qū)塊合理沉沒度界限內(nèi)時,隨著產(chǎn)液量增加,單井日節(jié)電也隨之增加。

        2)根據(jù)其軟啟動特點,可應(yīng)用于啟動困難且功率利用率低于20%的機采井。

        3)根據(jù)其無級調(diào)速功能,可應(yīng)用于供液不足且參數(shù)無法下調(diào)的低產(chǎn)井。

        4)在新井上應(yīng)用“多功能調(diào)速裝置+雙速電動機”,可有效降低裝機功率和機型。同時,起到節(jié)能降耗的效果。

        [1]吳學(xué)博.多功率電動機在抽油機井上的應(yīng)用[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,2017(4):82-85.

        [2]姜杰.抽油機節(jié)能配電裝置應(yīng)用效果評價[J].石油石化節(jié)能,2015(7):40-42.

        [3]張利.抽油機多功能調(diào)速裝置與伺服試驗對比[J].石油石化節(jié)能,2013(3):17.

        [4]徐勇.低壓變頻器中的濾波器設(shè)計[J].電動機與控制應(yīng)用,2007(12):10-13.

        [5]白連平.關(guān)于游梁式抽油機用電動機節(jié)能的討論[J].石油機械,1999(3):15-17.

        [6]劉慧芳.變頻調(diào)速技術(shù)在游梁式抽油機中的應(yīng)用[J].石油礦場機械,2004(5):22-24.

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