变频器在油田抽油机节能上的应用.doc

变频器在油田抽油机节能上的应用一、油田磕头机的现状 磕头机的总效率在国内一般地区平均只有12%23%，先进地区至今也不到30%。 一方面,油田磕头机的运动为反复上下提升,一个冲程提升一次,当滑块提升时,将采油机杆送入井中;滑块下降时,采油杆提出带油至井口,由于电动机转速一定,滑块下降过程中,负荷减轻,电动机拖动产生的能量无法被负载吸引,势必会寻找能量消耗的渠道,导致电动机进入再生发电状态,将多余能量反馈到电网,引起主回路母线电压升高,导致电网供电质量下降,功率因数降低的危险;频繁的高压冲击会损坏电动机,造成生产效率降低、维护量加大,极不利于抽油设备的节能降耗。另一方面,油田采油的特殊地理环境决定了采油设备有其独特的运行特点:在油井开采前期储油量大,供液足,为提高功效可采用工频运行,保证较高产油量;在中后期,由于石油储量减少,易造成供液不足,电动机若仍工频运行,势必浪费电能,造成不必要损耗,这时须考虑实际工作情况,适当降低电动机转速,减少冲程,有效提高充盈率。二、变频器在抽油机的控制问题主要体现在如下几个方面 一方面是再生能量的处理问题,油田磕头机运动为反复上下提升，一个冲程提升一次，其动力来自电动机带动的两个重量相当大的钢质滑块，当滑块提升时，类似杠杆作用，将采油机杆送入井中；滑块下降时，采油杆提出带油至井口，由于电动机转速一定，滑块下降过程中，负荷减轻，电动机拖动产生的能量无法被负载吸引，势必会寻找能量消耗的渠道，导致电动机进入再生发电状态，将多余能量反馈到电网，引起主回路母线电压升高，势必会对整个电网产生冲击，导致电网供电质量下降，功率因数降低的危险；频繁的高压冲击会损坏电动机，造成生产效率降低、维护量加大，极不利于抽油设备的节能降耗，给企业造成较大经济损失。 另一方面是冲击电流问题，油田磕头机是一种变形的四连杆机构，其整机结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。对于支架来说，如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致，那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。在平衡率为100时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，则需要电动机提供的动力越大。因为，抽油载荷是每时每刻都在变化的，而平衡配重不可能和抽油载荷作完全一致的变化，才使得油田磕头机的节能技术变得十分复杂。因此，可以说油田磕头机的节能技术就是平衡技术。三、油田磕头机在使用变频器后主要有以下3个方面的优点：（1）提高功率因数： 大大提高了功率因数（可由原来的0.250.5提高到0.9以上），大大减小了供电（视在）电流，从而减轻了电网及变压器的负担，降低了线损，可省去大量的“增容”开支。这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合，为避免电网质量的下降，需引入变频控制，其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。（2） 节能： 节能体现在以下几方面， 1、调参功能 此装置根据不同的井况，选择运行参数（冲次从1次/分15次/分）任意可调、同时可大范围的单独调节抽油机的上提速度、下放速度，可以实现快提慢放、慢提快放、慢提慢放等功能，有效地降低抽油机的动载荷，进步采油系统的效率。 2、调速节能 抽油机属于泵类负载,其耗电功率PN3 ，假如调整转速N满足最佳冲次,若转速N为额定转速的一半,则耗电仅为电机额定功率的1/8 ,即抽油机电机额定功率为100KW,则在一半转速时其电机耗电仅为12.5KW,省电87% ,效果惊人。以上是理论计算结果，以此推论，假如抽油机冲次降低一半则可节能40%。 3、动态调功功能 在抽油机变载的工作状态下，控制装置自动适应电机的载荷，自动改变加在电机上的端电压，保证电机在最小电流和最低电压即最小功率下运行，假如冲程进行到某一程度出现抽油机带动电机的情况时，则该系统适时封闭电机上的端电压，利用抽油机滑行达到节能的目的，即调不调速都节能。 4减少机械损耗 为了节约钻井本钱油田开发中90以上为定向井，定向井开采过程中固然采用了油杆扶正器,但采油管拄的磨损仍然是一个相当严重的题目，油杆的疲惫也导致4年更换一次抽油杆。以低产井为例，我们把液量在2方以下的井采油冲次从原来的6次降低到3次，产液量不降反增,但是抽油机、油管、油杆的寿命增加一倍,油杆的疲惫寿命也增加一倍，这个数字是惊人的。以一口1800米的井计算仅此一项每年节约5.6万元。 总的来说，一方面，油田抽油机为克服大的起动转矩，采用的电动机远远大于实际所需功率，工作时电动机利用率一般为20%30%，最高不会超过50%，电动机常处于轻载状态，造成资源浪费。另一方面，抽油机工作情况的连续变化，取决于地底下的状态，若始终处于工频运行，也会造成电能浪费。为了节能，提高电动机工作效率，需进行变频改造。（3）对机械设备的保护：由于电机全电压启动时, 启动电流（3-7）倍于额定电流,因此通常在带载电机启动时,会对电机和供电电网造成严重的冲击,导致对电网容量要求过高,而且启动时产生的大电流和震动对设备极为不利,采用变频控制装置的零启动功能（电动机电流从零上升到额定电流）。因此,启动电流远远低于额定电流,实现电机真正意义上的软启动，对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击，大大延长了设备的使用寿命，减少了停产时间，提高了生产效率,以提高电网质量和节能为目的的变频改造油田磕头机四、经济效益分析：（1）每台抽油机降耗节能： 抽油机所按装的22KW电动机，在不改变工频状态下逐日实际耗电22KW24小时75%=400度，降低冲次后每台抽油机节电40%，每月节省电费：400度/天40%30天0.71元/度=3408元/月.（2）使用变频控制后增产增效: 在产量低于3方/天的井降低冲次后产量最少增加15%。以日产两方的油井计算每月增油产生的直接经济效益为：（注，增产的作用是加强了泵的排液能力作用等同于深抽，对油层的作用为放大生产压差）。2方/日15%0.85吨/方2400元/吨30天=18360元/月（3）使用变频控制后大幅度降低设备的折旧速度:为了节约钻井本钱油田开发中90%以上为定向井，定向井开采过程中我们固然采用了油杆扶正器，但采油管柱的磨损仍然是一个相当严重的题目,致使每5年就要更换一次，油管油杆的疲惫也导致至少6年更换一次油杆。5、 油田磕头机应用变频器后仍存在的问题（1） 变频器输入、输出端电流测量数据误差大。 目前使用的电流表主要是电子钳型电流表，钳形电流表是按照50HZ国家标准生产的，在测量变频器电流的过程中经常出现输出电流超过额定电流很多，而实际上电机外壳表面温度并不高，如果按照这样的电流进行分析，应该换大功率电机维持生产，实际上从输入端测量电流又不大，因此输出端测出的电流不具有参考价值，实际应用过程要从输入端录取电流，而不是从输出端录取。（2） 变频器和异步电机组合使用的温升问题。 通常采用变频器生产的油井，转速较低。在这一使用过程中，对于如果是用6极980转/分的电机在小于4次/分的低速状态下运行，电机表面的温度明显升高，而且参数越低，温度升的越高，长期在高温下运行，电机内定子线圈易老化，容易烧电机。对于永磁电机来说问题更为严重，主要是由于温度升高后，存在转子永磁体退磁的问题，温度越高退磁越快，最后输出功率下降，对于负荷重的油井就会出现拉不动的情况。（3） 高参数井上应用变频器。 在生产过程中，存在小幅度地调整参数的情况，在6次以上仍然使用变频柜来调节参数