烟台变频器在油田磕头机上的应用

2020-05-26  来自: 烟台元利吉自动化科技有限公司 浏览次数:51

一.概况

     抽油机(又称磕头机)是目前采油生产中的主要设备,其数量达10万台以上。电动机装机总容量在3500KW,年耗电量达百亿度以上。抽油机用电量约占油田总用电量的40%,运行效率非常低,平均运行效率只有25%,功率因数低,电能浪费大。因此,抽油机节能潜力非常巨大,石油行业也是推广“电机系统节能”的行业。

二.抽油机变频改造的几个好处

     1. 大大提高功率因数,(0.25~0.5提高0.9以上)。减小了供电电流,从而减小了电网及变压器的负荷。

     2. 动态调整抽取速度,一方面节能,同时增加原油产量。

     3. 实现真正“软起动”对电机变速箱抽油机,避免过大机械冲击,延长设备使用寿命。

三.抽油机负载分析

     1. 国内应用广泛的是游梁式竖井抽油机,它有三部分组成:

        1) 地面部分:由电动机、减速器和四连杆构成;

        2) 井下部分:抽油泵(吸入阀、泵筒、柱塞和排油阀),它悬挂在套管中的下端;

        3) 抽油杆柱:连接地面抽油机和井下抽油泵的中间部分。          

     2. 抽油机的电机负荷是按周期变化的,开始起动时,负荷很大,要求启动转矩很大。正常运行时负荷率很低,一般在20%左右,高时负荷率只有30%。电机的负荷曲线有2个峰值,分别为抽油机上、下冲程的“死点”。

     抽油机在未进行平衡的条件下,上、下冲程的负载极度不均衡,在上冲程时,需要提起抽油杆柱和液柱,电机需付出很大能量。在下冲程时,抽油杆柱对电机作功,使电机处于发电状态。通常在抽油机的曲柄上加上平衡块,消除上下冲程负载不平衡度。平衡块调节较好,其发电状态的时间和产生的能量就小,由于抽油载荷是每时每刻在变化,平衡配重,不可能随抽油负荷作完全一致的变化,绝大部分抽油机配重严重不平衡,从而造成过大的冲击电流,冲击电流可是5倍的工作电流,甚至达到额定电流的3倍。调整好平衡配重,可降低冲击电流是正常工作电流的1.5倍。

     抽油机的负载特性:是恒速运行,由于配重,是变转矩,变功率负载在一个循环周期内有两次发电状态,起动力矩大、惯性大。在国内油田使用的抽油机普遍存在的问题:运行时间长,“大马拉小车”,效率低,耗能大,冲程和冲次调节不方便,有时空抽现象。

四.传统抽油机变频器改造的难点

     国内对抽油机变频节能改造做了大量的尝试,但都不太成功,主要问题是:

     1) 抽油机在一个工作循环中,有两次发电状态,尤其当配重不平衡时,产生的“泵升电压”很高,靠加大变频器直流侧电解电容和减小制动电阻值,不能完全解决问题,并且随着油层的变化,“泵升电压”也在变化。

     2) 抽油机起动需要较大的起动转矩,如变频器参数设置不当,易造成过流或不能起动。

     3) 以往的变频节能改造设计方案很少考虑油井的油面、油浓度的变化等情况。在提高产量方面,效果不佳。

五.解决方案

     针对当前抽油机变频改造存在的问题,我司提出以下解决方案:

     1) 采用变频调速技术,使电机转速与抽油机负载匹配。在前期井中由于刚开采,油量大,让变频器运行到65HZ,电机转速提高30%,采油率比工频提高20%,工效提高1.2倍。在中、后期井中,油量减小,降低转速,减少冲程,一般频率运行至35~40HZ之间,电机转速下降30%。节电率可达25%,而且提高了功率因数。

     2) 动态调节抽油机的冲程频次,随着油井由浅入深的抽取,油量逐渐减小,出现泵充满度不足,泵效下降,当油井的供油能力小于抽油泵排量时,就造成泵抽空和液击现象。降低频率,电机转速下降,提高充满度,不仅节能而且增加原油产量。

     3) 动态调节抽油机上下行程的速度,适当降低下行程速度,提高泵内的充满度,适当提高上行程速度,可减小提升中漏失系数,使抽油机工作在运行状态,有效提高单位时间内原油产量。

     4) 起动力矩大,运行中负荷低,冲击电流大

要从根本上解决问题,加大电动机极对数或增大减速箱速比,增大输出力矩。变频器正常运行80~90HZ。这也有利于减少发电状态的能量,减少“泵升电压”。

     5) 再生能量的处理问题

    *增大变频器直流侧滤波电容的容量;

    *减少制动电阻值,提高制动系统的耗电能力,或直接使用回馈制动,减小能量损失;

    *发电时,频率增大。

     6 防空抽,增产。动态调节抽油机冲程频次和上、下行程速度。设定电机的输出功率标准值,实时检测电机输出功率,控制电机转速,大于标准值,加速。反之减速,实现闭环控制。

六.抽油机实测数据

     大庆油田82-X110抽油机是一台游梁式抽油机,电机功率为22KW,磁极数为8极。采用智能抽油机节电器进行变频器节能改造。

     在抽油机上行程运行时,设置变频输出频率为50Hz,下行程运行时,设置为30Hz

     抽油机工频运行参数:

     运行一个周期电流变化:20.1A~30.7A

     4小时平均耗电度数:4.7/每小时

     抽油机节能运行参数:

     运行一个周期电流变化:4.9A~18.7A

     4时平均耗电度数:3.9/每小时

七.结束语

     由于油井的类型和工况千差万别,井下渗油和渗水量每时每刻都在变.抽油机的负载变化是无规律的,故采用变频调速技术,使抽油机的运动规律适应油井的变化工况,实现系统效率的提高,达到节能增产的目的。

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