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节能型抽油机及优化设计选型配套技术

发布时间: 2011-03-30     来源:

1.         节能型抽油机

  节能型抽油机主要包括异相曲柄平衡抽油机、前置式抽油机、双驴头抽油机、直线电机式抽油机和渐开线抽油机等。

  异相曲柄平衡抽油机是非对称循环抽油机,上冲程所用时间较长,下冲程时间较短。CYJl0-3-26BY)抽油机在冲次n9 min-1时,上下冲程时间均为3.55s。而CYJ10-3-26B 抽油机,当冲次n9min-l时,上下冲程时间均为3.33s。假设CYJ10-3-26BCYJ10-3-26BY)抽油机所需有用功相同,CYJl0-3-26BY)的光杆功率可以减少6%左右,这意味着井下效率明显提高。双驴头抽油机是在常规型游梁式抽油机的基础上发展的新一代抽油设备,它不仅保持了常规机的优点,同时还具有低冲次、节能、系统效率高等优点。

直线电机式抽油机是总结了百年来游梁抽油机和无游梁抽油机的优缺点,利用直线电机将电能直接转换成直线往复运动,简化了传动方式,减少了26%传动能量损失,利用天平式平衡方式改善了平衡效果。

  渐开线抽油机是新一代节能抽油机,较异相曲柄抽油机节能效果有大幅度提高,从净扭矩曲线的变化规律可以看出,渐开线节能抽油机曲柄轴净扭矩曲线变化平缓,消除了负扭矩。在相同参数条件下,该机减速箱额定扭矩比常规游梁式抽油机下降30%以上,装机功率下降50%左右,具有显著的节电效果,是抽油机的发展方向。

2.         非节能抽油机改造

  下偏杠铃游梁复合平衡抽油机结构下偏是指杠铃的质量中心与过游梁的回转中心的连线与游梁中心水平线下偏一个角度。下偏杠铃装置在四连杆机构工作时,下偏杠铃质心的运动轨迹是绕中座中心的一段圆弧,其奥妙之处在于圆弧半径不变,但其重力臂值则在不断地变化。当悬点处于下死点时,下偏杠铃恰好摆在过中座中心的水平线上,平衡力臂值最大,摆角越大,其平衡力臂值变化越大,平衡力矩变化也越大。游梁复合平衡抽油机的游梁摆角越大,则变矩范围越大,其大变矩减少了连杆大传动角时抽油机性能恶化的程度。较好地实现改善平衡效果和节能的目的。

  下偏杠铃抽油机的净扭矩曲线比常规抽油机更平缓,这就避免了抽油机在极端载荷下工作,使得降低抽油机的装机功率、提高电机负荷率成为可能,而电机的效率随着负荷率的提高而增大。

3.         节能型驱动设备

  这种方法是从研究电机的特性入手 研究开发新型的电动机 使之与采油井井况相匹配 进而达到提高电动机的效率和功率因数的目的 即采用高转差率电动机(转差率8%- 13% ) 和超高转差率电动机代替常规转差率电动机(转差率小于5% )。美国Baldor电器公司生产的高转差率电动机驱动抽油机可提高功率因数74节电22. 7% 在国内 超高转差率电动机有功节电率为10. 56% 综合节电率为17. 42%。通过对在用的高转差率电机转矩进行动态调整 解决了在不更换现有设备的情况下小马拉大车的情况 优化了设备运行状况。又如永磁同步同步电机 是一种油田所用的新型抽油机电机 其效率和功率因素都优于一般异步电机。电机本身是硬特性运行中无转差。如TYC250M-6 功率37kW 功率因素0. 983 额定电流60. 6A 堵转电流12. 7 堵转力矩3. 69 还有双定子电机 电磁调速电机等专用电机。

4.         节能配电箱

定子绕组Y-转换调压电机正常运行时 定子绕组为接法 起动时为Y 接法。起动时绕组电压为电网额定线电压的1/√3 起动电压降低 待接近额定转速时 定子绕组转换为接法 控制简单。电容器动态无功补偿及静态无功补偿 无功补偿的基本原理是把容性负荷与感性负荷并联在同一个系统中 能量在两者之间互相转换。这样 感性负荷所需的无功功率可由容性负荷提供 功率因数也提高了 既减小了无功损耗 还可以提高设备的有功功力、降低功率损耗和电能损失。根据以上的想法如果在高压电动机起动时并联适当电容值的电容器 同样可以补偿起动时的无功功率 减小起动电压降。其工作原理是 在启动高压电动机时 同时将电容器投入 经过适当的时间 迅速退出电容器组。整个过程可理解为无功功率的就地补偿 只是时间很短。电容补偿起动的优点在于起动时 电动机的端电压不降低同样可以减少起动电流 并且不减少起动转矩 缩小起动时间。

可控硅调压(软起动) 一般称之为电机的软起动 通过采用晶闸管调压电路来控制电压的大小。虽然采用双向晶闸管实现了定子电压随负载变化的连续调节 节电效果较好。

液态电阻软起动 在起动过程中 将可变电阻串入定子 实现限流 在起动完成后将它短接。电阻的可变性是靠改变电解液电阻箱的极板距离实现的。电解液电阻箱串入定子的方法在本质上属于降压起动 它是以牺牲起动力矩为代价的。电阻值随着电机转速的升高而均匀减少 借以不断增加起动力矩 并为短接时不产生电流冲击准备条件。在定子回路中串入电液变阻起动器的三相电阻 其中Q F1 为主机运行断路器Q S 为隔离开关Q F2 为星点短接断路器 RS 为电液变阻起动器。电液变阻器由三个相互绝缘的电液箱构成 内部分别盛有电液及一组相对应的导电极板 导电极板为一动一定 动极板组通过传动机构及伺服控制系统控制运行。起动开始后 根据电动机起动电流的大小可自动地调整液阻值 使整个起动过程控制在较小起动电流下均匀升速 而液阻无级切除 从而实现电动机的软起动。优点成本低 易于维护 工作环境要求不高。

5.         节能电控装置

继电接触器调压节能:抽油机起动时都是带载起动 惯性矩较大 且总在上下死点处起动 油田在选配电机时为了启动顺利 不影响生产 一般按最大扭矩选配电机 而抽油机起动后正常工作时平均转矩与最大扭矩相比又较低 所以电机输人功率仅有额定功率的三分之一 这是造成抽油机整体系统效率低的主要原因。在抽油机电机安装继电接触器 通过定子绕组进行切换 可以实现有级的降压节能。安装继电接触器后 普通系列异步电动机的定子绕组接法为三角形 抽油机要求启动转矩大 启动时定子绕组接成三角形抽油机正常工作时 将每相绕组分成两部分 接成三角形- 星形混和绕组 降低相电压及输人功率 就达到了节能的目的。

变频调速器节能:由于我国油田多为低孔、低渗以及低压的低渗透油藏 部分油井的地下渗透能力小于抽油机的泵排量 为提高抽吸效率降低单位产量的能耗指标 最直接的办法是对油井实施间开制度。但是 实施间开制度一般会影响产油量 很难得到大规模实施。抽油泵是一种柱塞泵 对电动机来讲是一种恒转矩性的负载 即电动机的电功率与其转速成正比 可以通过改变抽油机的电动机转速 使抽油泵的排量与油井的渗透能力相适应。通过在抽油机安装变频调速器 可以根据油井的出液量 自动调节电动机转速来调整功率 来达到节能的目的。

采用间抽控制器:低渗透油田由于地层渗流能力差 低产低效油井比例比较高 而抽油机是按照油井最大化的抽取量来进行选择的 会形成很低的泵效 也会浪费大量的电能。如果将泵效较低的油井调低降低工作参数后 泵效仍然较低 就可以对这类油井实行间开制度。抽油机装配间抽控制器后 当油井出液量不足或发生空抽时 它就会自动关闭抽油机等待井下液量的蓄积 当液面超过一定深度时 再自动开启抽油机 这样就提高了抽油机的工作效率 避免了大量的电能浪费。装备间抽控制器的优点是 在用人工控制和定时自动控制间抽时 由于防止油井产量下降 就会发生实际抽油时间比必要的抽油时间长的情形 因而不能完全避免空抽而装配间抽控制器后 可以通过传感器信号实现闭环控制的智能间抽控制器( IPOC) 在检测到空抽时立即关闭抽油机 避免了空抽的发生 通过对抽油时间进行精确控制大大减少了电能消耗 平均节约电能可达20% 以上。

6.         日常管理措施

换小机型:在两种情况下应该换小机型 地面参数已调到最小 示功图仍然显示供液不足的井 通过换小机型 下调地面参数 保证供采协调 示功图并未显示供液不足 但载荷利用率和扭矩利用率明显偏低的井 通过换小机型 降低地面设备在系统功耗中的比例 以提高系统效率、降低吨液耗电为目的。

换小泵径:在现用机型的载荷利用率较高 也就是在目前条件下 机型已经最小,地面参数在现有设备条件下已调到最小 而泵效低于30 %或示功图显示供液不足的井 需要换小泵径。

调小地面参数:在示功图显示油井供液不足的情况下 可以调小地面参数。调小参数的目的 目前有以下两点降低理论排量 提高泵效、系统效率等采油工程经济技术指标 降低能耗 通过调小地面参数提高深井泵的沉没度 减轻低沉没度对管杆偏磨的影响程度。

实行间抽制度:实行间抽制度 可达到单井节电60%以上而产量、含水数据变化不大。