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                    油田磕頭機的應用
                    日期: 2014-07-01
                    瀏覽次數: 595

                    一、概況

                    ? ? ? 磕頭機是目前采油生產中的主要設備,其數量達10萬臺以上。電動機裝機總容量在3500萬kW,年耗電量達百億度以上??念^機用電量約占油田總用電量的40%,運行效率非常低,平均運行效率只有25%,功率因數低,電能浪費大。因此,磕頭機節能潛力非常巨大,石油行業也是推廣“電機系統節能”的重點行業。本文介紹了采用變頻調速技術,使磕頭機的運動規律適應油井的變化工況,實現系統效率的提高,達到節能增產的目的。

                    二、抽油機變頻改造的幾個好處

                    1、大大提高功率因數,(0.25~0.5提高到0.9以上)。減小了供電電流,從而減小了電網及變壓器的負荷。

                    2、動態調整抽取速度,一方面節能,同時增加原油產量。

                    3、實現真正“軟起動”對電機變速箱抽油機,避免過大機械沖擊,延長設備使用壽命。

                    油田磕頭機的應用

                    三、磕頭機負載分析

                    1、國內應用最廣泛的是游梁式豎井磕頭機,它有三部分組成:

                    (1)地面部分:由電動機、減速器和四連桿構成。

                    (2)井下部分:抽油泵(吸入閥、泵筒、柱塞和排油閥),它懸掛在套管中的下端。

                    (3)抽油桿柱:連接地面抽油機和井下抽油泵的中間部分。

                    2、磕頭機的電機負荷是按周期變化的,開始起動時,負荷很大,要求啟動轉矩很大。正常運行時負荷率很低,一般在20%左右,高時負荷率只有30%。電機的負荷曲線有2個峰值,分別為磕頭機上、下沖程的“死點”。

                    未進行平衡的條件下,上、下沖程的負載極度不均衡,在上沖程時,需要提起抽油桿柱和液柱,電機需付出很大能量。在下沖程時,抽油桿柱對電機作功,使電機處于發電狀態。通常在磕頭機的曲柄上加上平衡塊,消除上下沖程負載不平衡度。平衡塊調節較好,其發電狀態的時間和產生的能量就小,由于抽油負荷是每時每刻在變化,平衡配重不可能隨抽油負荷作完全一致的變化,絕大部分磕頭機配重嚴重不平衡,從而造成過大的沖擊電流,沖擊電流最大可為5倍的工作電流,甚至達到額定電流的3倍。調整好平衡配重,可降低沖擊電流為正常工作電流的1.5倍。

                    負載特性:是恒速運行,由于配重,是變轉矩,變功率負載在一個循環周期內有兩次發電狀態,起動力矩大、慣性大。在國內油田使用的磕頭機普遍存在的問題:運行時間長,“大馬拉小車”,效率低,耗能大,沖程和沖次調節不方便,有空抽現象。


                    四、傳統磕頭機變頻器改造的難點

                    ?磕頭機變頻節能改造做了大量的嘗試,但都不太成功,主要問題是:

                    (1)磕頭機在一個工作循環中,有兩次發電狀態,尤其當配重不平衡時,產生的“泵升電壓”很高,靠加大變頻器直流側電解電容和減小制動電阻值,不能完全解決問題,并且隨著油層的變化,“泵升電壓”也在變化。

                    (2)磕頭機起動需要較大的起動轉矩,如變頻器參數設置不當,易造成過流或不能起動。

                    (3)以往的變頻節能改造設計方案很少考慮油井的油面、油濃度的變化等情況。在提高產量方面,效果不佳。


                    五、解決方案

                    ?磕頭機變頻改造存在的問題,我司提出以下解決方案:

                    (1)采用變頻調速技術,使電機轉速與磕頭機負載匹配。在前期井中由于剛開采,油量大,讓變頻器運行到65.00Hz,電機轉速提高30%,采油率比工頻提高20%,工效提高1.2倍。在中、后期井中,油量減小,降低轉速,減少沖程,一般頻率運行至35.00~40.00Hz之間,電機轉速下降30%。節電率可達25%,而且提高了功率因數。

                    (2)動態調節磕頭機的沖程頻次,隨著油井由淺入深的抽取,油量逐漸減小,出現泵充滿度不足,泵效下降,當油井的供油能力小于抽油泵排量時,就造成泵抽空和液擊現象。降低頻率,電機轉速下降,提高充滿度,不僅節能而且增加原油產量。

                    (3)動態調節磕頭機上下行程的速度,適當降低下行程速度,提高泵內的充滿度,適當提高上行程速度,可減小提升中漏失系數,使磕頭機工作在最佳運行狀態,有效提高單位時間內原油產量。

                    (4)起動力矩大,運行中負荷低,沖擊電流大。要從根本上解決問題,加大電動機極對數或增大減速箱速比,增大輸出力矩。變頻器正常運行80.00~90.00Hz。這也有利于減少發電狀態的能量,減少“泵升電壓”。

                    (5)再生能量的處理問題。增大變頻器直流側濾波電容的容量;減少制動電阻值,提高制動系統的耗電能力,或直接使用回饋制動,減小能量損失;發電時,頻率增大。

                    (6)防空抽,動態調節磕頭機沖程頻次和上、下行程速度。設定電機的輸出功率標準值,實時檢測電機輸出功率,控制電機轉速,大于標準值,加速。反之減速,實現閉環控制。


                    六、結束語

                    ?由于油井的類型和工況千差萬別,井下滲油和滲水量每時每刻都在變??念^機的負載變化是無規律的,故采用變頻調速技術,使磕頭機的運動規律適應油井的變化工況,實現系統效率的提高,達到節能增產的目的。

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