游梁式抽油机节能技术在河南油田的应用分析

1、收稿日期2010206212 作者简介蒋仕民(19592,男,1981年重庆石油学校毕业,2003年江汉石油学院毕业,机械工程师,现主要从事安全管理及机械管理工作。游梁式抽油机节能技术在河南油田的应用分析蒋仕民 (中石化河南油田分公司第一采油厂,河南桐柏474780摘要目前应用于油田游梁式抽油机的节能技术有:游梁曲柄复合平衡改造、超越离合器动态平衡技术、游梁式抽油机二次减速、永磁同步电机技术、变频调速技术、配备低速电动机等。经对各方法在应用现场的适用性研究分析后认为,针对不同工况的游梁式抽油机都有较好的方法与之相适用。对一些系统效率较低的油井,运用游梁式抽油机的节能技术是降低采油成本、提高油田

2、开发效益的一条重要途径。关键词游梁式抽油机;节能技术;应用;分析目前,油田的生产井中约有90%使用游梁式抽油机。游梁式抽油机从其诞生到现在近200年中,无论是国内油田还是国外油田,都在人工举升采油设备方面占有绝对主力地位。其具有结构简单、皮实耐用的优点,这也是其长盛不衰的主要原因。但能耗高是它最大的缺点,它是油田的耗电大户,其用电量约占油田总用电量的40%。针对河南油田游梁式抽油机现场使用中存在的问题,结合抽油机工作原理,对其高耗电的原因加以分析,应用了游梁曲柄复合平衡改造、超越离合器动态平衡技术、游梁式抽油机二次减速、永磁同步电机技术、变频调速技术、配备低速电动机等各种游梁式抽油机节能技术1

3、3。通过对各项技术的应用分析,对不同工况的游梁式抽油机都有较好的方法与之相适用。1 后置式异相游梁曲柄复合平衡技术通过在游梁的尾部安装平衡节能装置,可以有效改变游梁式抽油机平衡相位,使得井下载荷峰值扭矩与游梁式抽油机平衡峰值扭矩能够相对同步产生,从而达到消除电流峰值、实现节能降耗的目的。该装置与游梁联接方式类似或等同于驴头与游梁四插销联接方式,安装方便。通过加装该装置,游梁式抽油机的悬点载荷明显下降,河南油田第一采油厂改造的8台游梁式抽油机的平均平衡度由7613%上升到9818%。连杆受力降低,减速器扭矩由73kN #m 降至53kN #m 左右,与10型机相当。经河南油田节能检测中心检测,平

4、均系统效率由2313%上升到2715%,平均单耗下降1812%。且改造后的游梁式抽油机运行平稳、噪音明显降低。该装置具有一定的使用局限性:选用的游梁式抽油机冲次不高于5次,因为当冲次>5次时,游梁最大平衡力矩N 平max 位置很难和光杆负荷产生的最大扭矩N 井max 同时出现,节能效果不佳;另外,不选择玻杆井,因为玻杆的弹性模量为钢杆的1/4,玻杆井的峰值载荷扭矩没有规律可寻。改造时应优选系统效率较低、能耗大及常规的调平衡方式已无法实现负荷有效平衡的游梁式抽油机(4块平衡块配重已调到头、平衡率不到70%。2 超越离合器动态平衡技术超越离合器是一种只能单方向传输动力的机械机构。它在工程机械

5、的传动系统中起开关作用,正常情况下保持传动状态,当由于某种原因造成从动轴转速超过主传动轴时,超越离合器就使主、从动轴及#394#石油天然气学报(江汉石油学院学报 2010年8月 第32卷 第4期Jour na l of Oil a nd Gas Technology (J 1JPI Aug12010 Vol 132 No 14时脱开,从而保证主、从动轴能够一直单向传动力矩。由于游梁式抽油机的结构限制,存在游梁式抽油机反拖电机发电的问题,所发出来的电消耗在电网线路中,不能有效再利用,造成电能浪费。加装超越离合器后,在曲柄旋转一周过程中,如果现负扭矩,离合器的棘轮脱开,游梁式抽油机不再反拖电机发电

6、。由于去掉了电机的阻尼牵制,其运行速度将加快,能量转化为系统的动能。出现正扭矩时,其运行速度将变慢,储存的动能重新被利用。如此周而复始,避免了电机发电,消除了负功,提高了电机和皮带传动的效率,最终可达到节电和增产的目的。应用中存在的问题有:由于超越离合器在游梁式抽油机井上的应用还不很普及,有些理论和实践问题没有解决。例如,加装超越离合器对杆柱受力及疲劳寿命的影响,有偏磨现象的油井是否会加重偏磨,稠油井上能否使用等,还需要进行深入的理论和应用研究。应用超越离合器的选井条件是:下泵深度小于1800m,地面脱气原油粘度小于1000mP #s,采用10型及12型处于最佳平衡状态的曲柄平衡游梁式抽油机。

7、3 游梁式抽油机二次减速技术具体做法是:在游梁式抽油机电动机和减速器之间加装一根中间传动轴,增加一级皮带传动。减速装置由壳体、主轴、油封端盖、轴承及主从动带轮构成,主动带轮和电机用窄V 带相连,从动轮和游梁式抽油机大皮带轮相连,减速器安装在电机和减速箱之间,轴承采用圆锥滚子轴承,以承受可能引起的轴向力。通过减速器两端皮带轮的直径不同,而实现传动比的改变。冲次根据井场安装电机及电机皮带轮测算。根据不同井况,可实现015次/min 至410次/min 不同冲次的需要。2004年以来,河南油田第一采油厂已经在89台游梁式抽油机上应用了此技术,取得了良好效果。应用中存在的问题是:减速比不可调,当生产需

8、要对游梁式抽油机的冲次进行调整时,二次减速装置的带轮也要随之更换。适用工况:该装置适合于冲次在4次/min 以下,但依靠在电动机上缩小皮带轮的直径已无法实现的设备(因电动机输出轴的直径、皮带轮外径、皮带轮槽深的限制。4 永磁同步电机技术永磁同步电机与异步电机同样由定子与转子两部分组成,只是在转子鼠笼条内嵌入稀土永磁钢,改变了原来靠定子边励磁为转子边稀土永磁钢励磁,变异步电机为同步电机。因此定子边励磁电流大量减少,转子边的铜、铁损耗亦大量减少大幅提高了功率因数与效率,降低了电机的温升与配电设备的容量。永磁同步电机外形结构和安装尺寸与Y 系列电机完全相同,现场换用非常方便。该游梁式抽油机专用永磁同

9、步电动机有如下特点:¹运行效率高;º功率因数高;»起动转矩大、过载能力强、装机功率低;¼节省补偿电容;½提高电网的利用率。应用中存在的问题:永磁同步电机的机械特性较普通Y 型电动机的机械特性硬,启动时对管、杆有一定的冲击。应用初期由于一味追求降低装机功率,配置的永磁电机比原Y 型电动机小23个级别,易导致电动机过载,造成部分永磁电机退磁及损坏。解决办法:最好不在井斜、偏磨较大的井上使用,避免设备启动时因其较硬机械特性造成对管、杆的冲击,加速管、杆的断脱。2004年以后,根据工况计算所配永磁电机的功率,一般比原普通电动机小12个级别,杜绝了永磁电

10、动机过载现象,保持了长时间的节电效果。5 变频调速技术在电机上加装微电脑程序控制系统的变频控制柜,可使电机与游梁式抽油机的工作特性充分结合。它利用上、下行程自动识别功能,自动分别调整上行程和下行程的速度,并且根据需要可无级调整电机#395#第32卷第4期蒋仕民:游梁式抽油机节能技术在河南油田的应用分析的频率转速来增减游梁式抽油机冲次,使其始终保持抽汲平衡、增加泵效,工作在最佳状态。具体有如下优点:¹采用变频调速控制,电机的功率因数可提高到0198以上,从而减轻了电网及变压器的负担,降低了线损;º采用变频调速控制,可根据油井的实际供液能力,动态调整抽汲速度,既节约电能,又增加

11、原油产量。例如对低产能井可以任意降低冲次,减少泵的空行程,提高泵效;»真正实现了软启动,对电网无冲击。变频调速减少了的空行程,减少了各机械部件的冲击及磨损,延长了设备使用寿命。游梁式抽油机上采用变频调速技术主要的缺点:一是一次性投入较大,一套变频调速装置的价格在6万元左右;二是由于油田的恶劣环境,导致现场管理难度较大。6 低速电机的应用河南油田第一采油厂共应用12级和16级电机共59台,使用低速电机同样可以降低游梁式抽油机冲次,达到调整抽汲速度,减少泵的空行程的目的。配备低速电机主要有两种方法:一是新游梁式抽油机直接配备低转速的电机。这种方法适合新投产的游梁式抽油机,而对于老游梁式抽

12、油机来说成本较高。二是对在用游梁式抽油机的电机进行改造。在频率f 不变的情况下,改变异步电机的磁极对数P,可以改变其同步转速n(n =60f /P,从而使电机在某一负荷下的稳定速度发生变化。要降低其转速,就要增加电机的磁极对数。改造的方法是分别把6级和8级电机的定子线圈重新绕制成12级和16级的电机,其同步转速就从原来的1000r /min 和750r/min 分别变为500r/min 和375r /min 。这样,游梁式抽油机最低冲次就能降到原来的一半。改造一台的费用在6000元左右。7 各种节能技术的对比目前游梁式抽油机的节能技术不仅上述几种,但通过对上述6种游梁式抽油机节能技术的研究与应

13、用,找出了常规游梁式抽油机的一些主要节能途径,同时获得了各种游梁式抽油机节能技术方面的一系列认识,技术对比如表1所示。表1 6种游梁式抽油机节能技术的比较名称节能效果适用工况单套投资/万元缺点游梁曲柄复合平衡节电18%无法调平衡的井315不适应高冲次井超越离合器节电12%,单井日增油013t 平衡状态较佳的井2不适应于斜井斜、偏磨较大井二次减速节电26%,延长油井免修期及设备使用寿命需降低到4冲次以下井015不适应于频繁调冲井永磁同步电机节电20%,减缓用电负荷增长、增加电网容量生产参数变化不大的井2不适应于斜井、偏磨大井变频调速节电19%,延长油井免修期及设备使用寿命需经常调整冲次的井6投资高,管理难度大低速电动机节电20%,延长油井免修期及设备使用寿命需降低冲次的井2不适应于频繁调冲井上述6种节能技术的应用范围不是绝对的。实际生产中采取哪种节能技术需要根据游梁式抽油机的现场环境及具体工况进行分析,确定最佳的节能方案。并且,上述几种技术也可以