摘要：本文著重闡述了游粱式抽油機(jī)系統(tǒng)效率低、耗能大的原因，介紹了采用變頻回饋技術(shù)對(duì)抽油機(jī)改造的應(yīng)用和產(chǎn)生的效果。
　　關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)、節(jié)能、抽油機(jī)、效率
　　1． 前言
　　我國(guó)的油田大多是中、晚期的油田，油井多為低滲透的低能、低產(chǎn)油井，絕大部分油井都是注水開采和使用抽油機(jī)提升油井產(chǎn)出液。在采油成本中，抽油機(jī)電費(fèi)占30％左右，為采油生產(chǎn)電耗的第二位，僅次于注水。由于歷史原因我國(guó)的抽油機(jī)大多為游粱式，大部分抽油機(jī)由工頻電機(jī)拖動(dòng)，在功率配備上就高不就低，存在著“大馬拉小車”的現(xiàn)象，造成電機(jī)效率較低，無功損耗相對(duì)較高。另外，由于部分油井產(chǎn)能低，存在一定的干抽現(xiàn)象等等。這些現(xiàn)象造成抽油機(jī)綜合運(yùn)行效率特別低，有些油井機(jī)采效率僅為1O%，在國(guó)內(nèi)一般地區(qū)平均只有12%～23%，先進(jìn)地區(qū)至今也不到30%。
　　隨著全球能源緊張，油價(jià)、電價(jià)飛漲，在“能源開發(fā)和節(jié)約并重”的方針指導(dǎo)下，“增收節(jié)支”成為石化行業(yè)的熱門話題。在工業(yè)科技迅猛發(fā)展的今天，除了通過加強(qiáng)管理等手段以外，我們還應(yīng)通過現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)對(duì)能源浪費(fèi)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，實(shí)現(xiàn)“增收節(jié)支”的目的。
　　2． 游粱式抽油機(jī)能耗高的原因
　　2.1游梁式抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷為周期性變載荷，而驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)的普通三相異步電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和扭矩基本上恒定不變，為滿足峰值扭矩的要求，抽油機(jī)不得不配用較大功率的電動(dòng)機(jī)，這就造成了運(yùn)行過程中大多數(shù)情況下電動(dòng)機(jī)處于輕載狀態(tài)，運(yùn)行效率和功率因數(shù)都很低，尤其是在無功狀態(tài)時(shí)的功率因數(shù)非常低。
　　2.2游梁抽油機(jī)在運(yùn)行過程中，當(dāng)相位角在大于90°的情況下，有功電流為負(fù)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，在電動(dòng)和發(fā)電的轉(zhuǎn)換過程中電動(dòng)機(jī)正好處在效率最低段整個(gè)過程中能量轉(zhuǎn)換的效率特別低。
　　2.3游梁抽油機(jī)在換向過程中懸點(diǎn)加速度比較大。在整個(gè)機(jī)、桿、泵系統(tǒng)中，通常抽油桿達(dá)到1OOOm以上，這樣長(zhǎng)的抽油桿在運(yùn)行過程中彈性變形已經(jīng)很明顯，在換向加速度大時(shí)抽油桿變形更大，這種變形使光桿與泵中活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律產(chǎn)生很大的差異。在大多數(shù)情況下抽油桿的彈性變形減少了活塞的實(shí)際行程，降低了抽油泵的充滿系數(shù)，導(dǎo)致干抽現(xiàn)象的發(fā)生，造成噸油耗能增加。
　　以上這些原因造成抽油機(jī)能耗過大，油井開采的電費(fèi)消耗居高不下。因此，對(duì)現(xiàn)今使用的常規(guī)游梁式抽油機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造已成為迫切任務(wù)。
　　3． 改造設(shè)想
　　目前用于油田的在役抽油機(jī)仍以常規(guī)游梁式抽油機(jī)為主，如何進(jìn)一步發(fā)揮游梁機(jī)的作用，挖掘其節(jié)能潛力，而且要投入少，效益高，特別是能夠在不影響生產(chǎn)的前提下，對(duì)在役抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能改造，成為油田亟待解決的實(shí)際問題。
　　我們針對(duì)抽油機(jī)能耗高的幾個(gè)主要原因，考慮采用變頻回饋一體節(jié)能裝置來改進(jìn)抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到降低噸油耗能的目的。
　　油田傳統(tǒng)上是靠調(diào)節(jié)傳動(dòng)輪的方式來調(diào)整沖次模式，而采用變頻控制系統(tǒng)改造后，調(diào)節(jié)沖次時(shí)只需調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，就可收到較好的效果。在前期井中，調(diào)高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可達(dá)到60HZ，使抽油量增大，提高產(chǎn)量；在中后期井中。油井的供液能力小于抽油泵的排量，就可能造成泵抽空和液擊。防止液擊的有效方法之一就是減慢泵速以提高泵充滿度。通過變頻調(diào)速技術(shù)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速減少抽取頻次，可提高泵的充滿度，大大提高系統(tǒng)效率。
　　采用變頻技術(shù)，除了可以改變抽油機(jī)的沖程頻次之外，還可以根據(jù)實(shí)際需要可把轉(zhuǎn)速控制細(xì)化為上行程轉(zhuǎn)速控制和下行程轉(zhuǎn)速控制，使抽油機(jī)工作在最佳運(yùn)行狀態(tài)。在下行程時(shí)，適當(dāng)降低下行程的速度，可以減小抽油桿的彎曲度，從而降低偏磨程度。提高原油在泵內(nèi)的充滿度；在上行程時(shí)，適當(dāng)提高上行程的速度，則可減少在提升中的漏失系數(shù)，有效的提高單位時(shí)間內(nèi)原油產(chǎn)量。另外，我們可根據(jù)井況實(shí)際負(fù)載的大小，調(diào)整電動(dòng)機(jī)端電壓頻率，精確的匹配供給電機(jī)功率。當(dāng)抽油機(jī)下行時(shí)，供給的功率相應(yīng)較小；當(dāng)抽油機(jī)上行時(shí)，供給的功率相應(yīng)較大；使之盡量與所需實(shí)際功率相匹配，也就減少了多余的厲磁電流，進(jìn)而減少電動(dòng)機(jī)的銅損和鐵損．避免了由于輕載引起的電機(jī)效率下降問題．使電動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在最佳狀態(tài)，提高電機(jī)效率，從而有效的節(jié)約電能。
　　梁式抽油機(jī)的運(yùn)行狀況并非是恒轉(zhuǎn)速狀態(tài)，其運(yùn)行狀態(tài)是：上；中程時(shí)，電動(dòng)機(jī)是處在耗能狀態(tài)，下沖程時(shí)，電動(dòng)機(jī)則處于發(fā)電狀態(tài)，在使用變頻器時(shí)，為使變頻器能夠持續(xù)運(yùn)行，就必須將電動(dòng)機(jī)發(fā)出來的電能釋放掉。第一種方式是外加制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，把電能消耗在電阻上；第二種方式是采用回饋制動(dòng)方式，將電能回饋到原電網(wǎng)。在油田抽油機(jī)上選用第二種回饋制動(dòng)方式，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能最大化的方式，也是首選方式。
　　利用變頻器加智能控制，可以提高采油系統(tǒng)的效率、降低噸油成本、提高產(chǎn)量，使抽油機(jī)的工作參數(shù)更適合地下工況，調(diào)整更方便容易，有效解決起動(dòng)沖擊大，運(yùn)行耗電多，大馬拉小車、效率低下等諸多問題。
　　4． 變頻回饋一體節(jié)能裝置在抽油機(jī)上的應(yīng)用
　　吐哈油田溫米采油廠093井是2003年投產(chǎn)的，改造前泵效僅為38.67%，功率因數(shù)為0.357,系統(tǒng)效率32.99%，經(jīng)論證后對(duì)該井進(jìn)行了應(yīng)用改造。改造后，該井的能耗有明顯下降，泵效顯著提高，生產(chǎn)管理也較過去便利，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　1)沖次任意調(diào)節(jié)：根據(jù)產(chǎn)液量的變化可任意無級(jí)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖次，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)及用更換皮帶輪的方法沖次調(diào)節(jié)范圍窄的問題。
　　2)實(shí)現(xiàn)了分段轉(zhuǎn)速控制：通過變頻對(duì)抽油機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，根據(jù)抽油機(jī)的特殊工況，把轉(zhuǎn)速控制細(xì)劃分上沖程轉(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)提高了油井的產(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。該試驗(yàn)井經(jīng)改造后，泵效為52.03%,
　　提高了13.3%，日產(chǎn)液提高0.4噸。
　　4)提高了電網(wǎng)和電機(jī)的功率因數(shù)：使用變頻器后，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)提高0.789，系統(tǒng)效率提高到48.57%,接近了國(guó)外先進(jìn)油田的標(biāo)準(zhǔn)。

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