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抽油機(jī)井變頻柜在油田現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用詳細(xì)介紹

作者: 時(shí)間:2012-04-14 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/160792.htm

這4口井是2005年新投的油井,經(jīng)過(guò)初期短暫的高產(chǎn)后,日產(chǎn)液大幅度下降,平均泵效僅為10.7%,平均系統(tǒng)效率僅為6.1%。除118-160井外,其它三口井沖次己經(jīng)接近最小,無(wú)法調(diào)小沖次。

2、試驗(yàn)井效果

(1)、沖次任意調(diào)節(jié)

不用更換皮帶輪,不需停產(chǎn)調(diào)節(jié)速度,提高了生產(chǎn)效率。解決了因調(diào)速造成的停產(chǎn)和沖次無(wú)法調(diào)小問(wèn)題。

(2)、分段轉(zhuǎn)速控制

通過(guò)對(duì)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),根據(jù)機(jī)的特殊工況,把轉(zhuǎn)速控制細(xì)劃為上沖程轉(zhuǎn)速控制和下沖程轉(zhuǎn)速控制,減少漏失,提高泵充滿程度,提高泵效。

(3)、提高油井的產(chǎn)量和泵效

根據(jù)油井的實(shí)際供液能力,動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度,使油井的供排協(xié)調(diào),減少泵的空行程,提高泵效。4口井,提高泵效16.58%,日產(chǎn)液提高0.5,日產(chǎn)油提高0.2。

(4)、提高功率因數(shù)

使用器后,電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)提高到接近1,從而減輕了電網(wǎng)和變壓器的負(fù)擔(dān),降低了線損,節(jié)省了無(wú)功損耗的電費(fèi)。

(5)、對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備無(wú)沖擊

  當(dāng)電機(jī)在工頻狀態(tài)下啟動(dòng)時(shí),啟動(dòng)電流相當(dāng)于5~7倍額定電流,對(duì)設(shè)備和供電電網(wǎng)造成很大的沖擊,尤其是118-160井稀土永磁電機(jī)在啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生很大的電流和震動(dòng),使用后電機(jī)柔性啟動(dòng),使啟動(dòng)電流降至3-4倍,減少了對(duì)電網(wǎng)和抽油設(shè)備的沖擊。

(6)、改善了抽油桿受力狀況

  光桿抽油速度對(duì)抽油桿受力有很大的影響,變頻降沖次和優(yōu)化上下沖程速度實(shí)現(xiàn)上慢下快,改善抽油桿循環(huán)特性。

(7)、提高系統(tǒng)效率

  變頻器油井使供排協(xié)調(diào),泵充滿程度提高,改善桿管應(yīng)力,提高了井下效率;減少地面無(wú)功損耗,提高了地面效率,整體上系統(tǒng)效率明顯提高。

(8)、減少電機(jī)能耗

  油井調(diào)小頻率,平均輸入功率減少3.66kw,平均噸液耗電減少27.62kw.h,平均日耗電減少87.78kw。

(9)、負(fù)功能夠回饋電網(wǎng)

  對(duì)生產(chǎn)中的負(fù)功,使用回饋式制動(dòng)單元,能把再生電能回饋電網(wǎng)。內(nèi)部已經(jīng)安裝有電抗器和噪聲濾波器,全程噪聲過(guò)濾,不會(huì)污染電網(wǎng)和干擾其他設(shè)備。

(10)、減少熱洗清蠟的負(fù)影響

  油井熱洗時(shí),調(diào)頻提高沖次,增加理論排量,強(qiáng)排生產(chǎn),可以明顯縮短含水恢復(fù)期,減少影響產(chǎn)油量。

六、經(jīng)濟(jì)效益分析

產(chǎn)出費(fèi)用

節(jié)省電量費(fèi)用

3.66kw×24h×360d×0.47元/kw.h=14862.5元

少影響產(chǎn)油量費(fèi)用:

洗井影響:1445元/噸×2噸/次×10次=28900元

增產(chǎn)量:

1445元/噸×0.2噸×360天=104040元

合計(jì):14.7802萬(wàn)元

投入費(fèi)用

設(shè)備投入費(fèi)用:整套設(shè)備投資32000元

這套裝置投入產(chǎn)出比是14.618,而且這套裝置壽命較長(zhǎng),可以長(zhǎng)久使用,經(jīng)濟(jì)效益非??捎^。

七、結(jié)論

  從變頻器數(shù)據(jù)分析,變頻器一次性投入較高,但解決了機(jī)械采油系統(tǒng)功率因數(shù)低、電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、負(fù)載率低、能耗大的問(wèn)題。電機(jī)起動(dòng)性能良好、功率因數(shù)提高到0. 98 、節(jié)電率達(dá)40 %以上。

變頻后無(wú)極調(diào)速,調(diào)速范圍廣,調(diào)速過(guò)程平滑;

調(diào)頻后功率因數(shù)接近1;

柔性起動(dòng),可大幅度降低對(duì)供電變壓器裝機(jī)容量的要求,并使電機(jī)振動(dòng)及噪音大大減小。

降低抽油泵容積損失,提高了泵充滿系數(shù)。

抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能得到改善,動(dòng)載荷明顯減少,載荷線光滑平直。

減少桿管磨損次數(shù),改善桿管受力狀態(tài),延長(zhǎng)桿管壽命;

降低電機(jī)輸入功率和油井噸液耗電。

2、技術(shù)管理因素
采油廠是典型低滲,有大量低產(chǎn)低效的油井,這些井電機(jī)以六級(jí)電機(jī)為主,抽油機(jī)以五型和六型為主。即使工作參數(shù)很小時(shí),工作制度仍很大,泵效很低。如118塊最小機(jī)型為5-1.8-18HF,該機(jī)型在最小理排下產(chǎn)量是12.52(1.8×6×Φ32),泵效在23%以下。這些井泵效低,井下效率小,無(wú)功損耗大。對(duì)于調(diào)低沖次油井,換小直徑皮帶輪,成本低,使用方便,但皮帶輪直徑不能過(guò)小,否則皮帶包角過(guò)小影響皮帶使用壽命和雨雪天皮帶打滑。常規(guī)六型抽油機(jī)(減速箱大皮帶輪外徑是800mm,減速箱總傳動(dòng)比31.714)配備8級(jí)電機(jī)最多能降到4次/分,配備6級(jí)電機(jī)最多降到5.3次/分。常規(guī)五型減速箱大皮帶輪外徑和減速箱總傳動(dòng)比小于六型抽油機(jī),最低沖次還降不到這個(gè)程度。
二、提高系統(tǒng)效率技術(shù)分析
如何提高機(jī)械采油井系統(tǒng)效率,降低油井噸液耗電、減少原油開采成本,促進(jìn)生產(chǎn)效益,已成為生產(chǎn)急需解決的重要問(wèn)題。抽油要提高系統(tǒng)效率從兩個(gè)方面人手:優(yōu)選節(jié)能設(shè)備和優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)。
1、節(jié)能設(shè)備分析
節(jié)能設(shè)備主要包括節(jié)能抽油機(jī)、節(jié)能電機(jī)和節(jié)能配電箱。節(jié)能抽油機(jī)價(jià)格高,主要用于新建產(chǎn)能和設(shè)備更新上,對(duì)于老井主要是進(jìn)行抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)改造,通過(guò)降低減速箱峰值扭矩,使電機(jī)功率下降,但是初期投入較高,投資回收期長(zhǎng),實(shí)施數(shù)量非常少。因此節(jié)能設(shè)備優(yōu)選對(duì)象主要是電機(jī)和配電箱,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是通過(guò)提高電動(dòng)機(jī)效率和負(fù)荷率,提高運(yùn)行效率和功率因數(shù)或者是從系統(tǒng)考慮,改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,使抽油機(jī)、桿、泵整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到較佳配合,提高系統(tǒng)效率。
節(jié)能電機(jī)主要有稀土永磁電機(jī)、高轉(zhuǎn)差電機(jī)。節(jié)電箱主要是Y一△轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)控制器和無(wú)功功率補(bǔ)償以及變頻調(diào)速等。
①稀土永磁電機(jī)
稀土永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子為稀土磁鋼,采用異步啟動(dòng),同步工作方式,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)完全同步,無(wú)轉(zhuǎn)差損耗,轉(zhuǎn)子不需要外加勵(lì)磁電源,消除了勵(lì)磁損耗,具有起動(dòng)力矩大、過(guò)載能力強(qiáng)、效率高、功率因數(shù)高等特點(diǎn)。與Y系列電機(jī)和超高轉(zhuǎn)差相比稀土永磁電機(jī)節(jié)電明顯,功率因數(shù)提高(表1)。但是比Y系列電機(jī)還硬的機(jī)械特性,使負(fù)有功和功率最小值增加,加劇抽油機(jī)系統(tǒng)振動(dòng)(圖4、圖5)。
表1稀土永磁電機(jī)應(yīng)用效果對(duì)比

圖4:Y系列電機(jī)電參數(shù)曲線
圖5:稀土電機(jī)電參數(shù)曲線

②高轉(zhuǎn)差電機(jī)
高轉(zhuǎn)差率電機(jī)與Y系列電機(jī)相比,加大了轉(zhuǎn)子電阻及轉(zhuǎn)子損耗,使電機(jī)機(jī)械特性變“軟”,減少了提拉速度和加速度,從而使抽油機(jī)系統(tǒng)的峰值阻力矩減少,降低了輸出功率。缺點(diǎn)電機(jī)效率和功率因數(shù)低。其轉(zhuǎn)差率靠提高轉(zhuǎn)子電阻實(shí)現(xiàn)的,增加了滑差損耗,其輸出功率降低,輸入功率不一定降低。因此用它換Y系列電機(jī)有一定適合區(qū)間。

③Y一△轉(zhuǎn)換

Y一△轉(zhuǎn)換適合功率利用率低、大馬拉小車嚴(yán)重的抽油井使用。電機(jī)三角形啟動(dòng)后,再將定子繞組切換成星型接法運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)換后平衡變差,如果角接時(shí)平衡性差,轉(zhuǎn)換后平衡性更差,需要轉(zhuǎn)換井平衡性好。

④功率因數(shù)控制器

功率因數(shù)控制器,主要是采用單片機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)電壓與電流之間的相位差變化,控制晶閘管的導(dǎo)通角,自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的供電電壓,使電機(jī)在空載或輕載時(shí)降壓運(yùn)行從而達(dá)到提高功率因數(shù),節(jié)能的目的。但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中節(jié)電效果不太理想,主要原因是電壓的變化速率跟不上電流的變化速率。另外由于可控硅引起電流產(chǎn)生諧波,受瞬變電勢(shì)和瞬變電流的影響,引起電機(jī)發(fā)熱和振動(dòng),影響了節(jié)電效果。

⑤無(wú)功補(bǔ)償器

無(wú)功補(bǔ)償器主要是采用加裝一定容量的電容器對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償,減少無(wú)功電流來(lái)提高功率因數(shù),降低供電變壓器負(fù)荷,從而降低網(wǎng)損達(dá)到節(jié)電的目的。目前這種技術(shù)應(yīng)用比較廣泛,效果也較好,缺點(diǎn)是不能提高電機(jī)效率,也不能降低電機(jī)輸入功率,功率因數(shù)提高到0.5~0.6,電容器容易損壞。

⑥變頻控制器

變頻控制柜是實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng),對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊,電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)可由0. 25~0. 50 提高到0. 90以上,從而減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān),降低了線損。操作方便,不需停產(chǎn)即可根據(jù)油井的實(shí)際供液能力,動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度。利用最新研制的四象限矢量控制變頻調(diào)速器,配以過(guò)程控制、位置傳感等技術(shù)改造現(xiàn)有的抽油機(jī),可以實(shí)現(xiàn)油井節(jié)電、增效和增產(chǎn),從而提高整個(gè)有桿抽油系統(tǒng)的機(jī)采效率。

2、優(yōu)化參數(shù)分析

優(yōu)化抽油參數(shù)是根據(jù)油井動(dòng)態(tài)變化,以低能耗為目標(biāo)及時(shí)調(diào)整抽油參數(shù)。做法是長(zhǎng)沖程、低沖次、合理泵徑。選擇低沖次的方法是很重要的工作。

常規(guī)抽油機(jī)生產(chǎn)時(shí)油井平均沖次計(jì)算公式:

式中: s—電機(jī)轉(zhuǎn)差率;

—電源頻率,hz;

—電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。

調(diào)換小直徑皮帶輪是普遍采用的方法,成本低,使用方便,除非換12極電機(jī)否則最多能降到4次/分。增加抽油機(jī)減速箱傳動(dòng)比有兩種方法:一種是更換大總傳動(dòng)比更大的減速箱,傳動(dòng)比至少要達(dá)到32;另外一種是對(duì)減速箱技術(shù)改造,在原減速箱基礎(chǔ)上更換短齒齒輪。這兩種方法成本高,不宜在現(xiàn)場(chǎng)使用。

換減速箱大皮帶輪直徑成本較高,可操作性差。

表2 降低電機(jī)轉(zhuǎn)速方案對(duì)比

綜上所述,對(duì)比可實(shí)施的幾種方案(表2),從優(yōu)選節(jié)能設(shè)備和優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)的角度考慮,對(duì)于一些低產(chǎn)井和液面波動(dòng)大的井,由于受到皮帶輪最小包角和沖次有級(jí)調(diào)整的限制,達(dá)不到供排合理的抽油使用變頻控制柜是最理想的選擇。

三、抽油變頻調(diào)速適應(yīng)性分析

1、變頻對(duì)輸入功率影響

輸入功率 與油井工作制度關(guān)系可以用下式表示:

上式表明:影響輸入功率大小關(guān)鍵因素是沖程和沖次乘積,也就是光桿運(yùn)行速度。其它參數(shù)不變,油井能耗與抽汲速度成正比。沖次將隨著電源頻率的改變而改變,而且兩者的變化為正比關(guān)系。因此調(diào)低頻率油井輸入功率降低。


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