淺談提高游梁式抽油機系統效率

胡 明 魏 海 張曉艷

(勝利油田 濱南采油廠，山東 濱州256600)

隨著油田開采進入中后期,機械采油已成為主要的開采方式。據統計,全國陸上油田的產油井約為8 萬口,是目前油田在用設備數量最多的設備。其中,抽油機和潛油泵總數共近8 萬臺,占全行業總臺數的85%,用電量占總用電量的50%。然而,目前我國機械采油系統效率還非常低,僅有25%。而在機械采油系統中游梁式抽油機約占85%,潛油泵約占7%,立式抽油機約占7%,其他類型約占1%。可見,提高游梁式抽油機的系統效率是提高油田機械采油系統效率的關鍵所在。

1 提高游梁式抽油機系統效率的途徑

游梁式抽油機具有結構簡單、制造容易、維護方便的優良特性,在國內油田得到了廣泛應用。整個游梁式抽油機系統主要由即抽油泵、游梁式抽油機和電動機3 部分組成。抽油泵的效率受原油粘度影響較大,在一般情況下,原油粘度不會經常變化,所以,抽油泵的運行效率由自身和原油粘度決定,一般情況下是穩定的,因此,需根據井下地質情況決定選擇合適的抽油泵。游梁式抽油機型號一旦選定,其運行效率也隨之確定,根據現場和理論計算,同型號的雙驢頭抽油機在同負荷下與常規游梁式抽油機相比,減速箱最大扭矩可下降20%左右,所以,盡量選用雙驢頭抽油機。游梁式抽油機的平衡好壞將大大影響抽油機的運行效率,所以要充分重視抽油機的平衡度。

游梁式抽油機所用電機的種類很多,其中,最為常用的是Y 系列普通電機。由于該電機啟動轉矩小,而游梁式抽油機需要很大的啟動轉矩來帶動平衡塊啟動,為此,匹配的Y 系列普通電機功率比抽油機啟動后正常運行所需的功率大2 個等級甚至更多,完成啟動后抽油機僅需很少的轉矩即可正常運行,這造成了電機絕大部分工作時間的負載率僅在40%左右,產生大馬拉小車的現象,使電機效率為60%左右,功率因數為0.3～0.4。Y 系列普通電機最高效率點在80%額定功率附近,效率最高為90%,功率因數最高為0.85。當電機輕載運行時,電機效率和功率因數非常低,效率最低為30%左右,功率因數最低為0.2 以下。然而游梁式抽油機在正常運轉后,負荷呈周期性變化,上行程比下行程負荷高,Y 系列普通電機不能在這種寬范圍負荷下,始終保持高效率和高功率因數的特性,造成了游梁式抽油機系統效率普遍偏低。

游梁式抽油機的運行特點是啟動轉矩大,在一個周期內負荷變化率大, 為適應游梁式抽油機的運行特點, 所用電機應具有較高的可靠性、較長的使用壽命和較好的軟啟動性能,負荷率為10%～100%都具有較高的效率和功率因數,能夠變速運轉以實現沖次的改變,使抽油泵達到較高的充滿系數。總之,要求電機提高運行效率和功率因數的同時,還可根據出液量的變化選擇最佳沖次,保證泵的充滿系數,從而提高油井產量,降低泵的磨損次數和維護費用。然而目前在用的各類電機都存在不同程度的問#105# 李佃貞,等:提高游梁式抽油機系統效率分析題,無法完全滿足游梁式抽油機的需要。

1）Y 系列普通電機，啟動轉矩較小、功率因數低、效率低、不能調整沖次以協調供排關系。

2）永磁同步電機，啟動沖擊大,存在退磁。隨著時間的變化,效率和功率因數不斷下降,損壞修復難,沖次調整困難。

3）變頻電機，抽油機存在發電運行狀態,容易造成變頻器損壞。

2 開關磁阻調速電機的主要特點

1）效率高,功率因數高,調速系統效率高。該電機轉子不存在鐵損和銅損,系統效率在寬范圍內為90%以上,比目前效率最高的變頻電機高5%～10%,功率因數達0.95 以上,并且在負載為10%～100%時,均保持很高的效率和功率因數,比普通電機節電25%以上。

2）可跟蹤油井出液量的變化,調整抽油機沖次,使抽油機工作在最佳的工作狀態,沖次為018～810 無級可調。開關磁阻調速電機具有記憶識別電機作功變化的單片機, 通過長期鑒別, 判斷出充滿系數的大小,給出增加沖次或減少沖次的信號,保證合理的抽油泵充滿度,減少抽油泵的干磨,延長檢泵周期。

3）根據需要,可實現上沖程快、下沖程慢,或上沖程慢、下沖程快的功能。利用單片機的智能控制和傳感器的信號傳輸,可根據油井的實際情況,高可靠性地自動實現上下沖程速度的變化。

4）控制系統可靠性高,電機壽命長。該電機控制系統的結構相對于其他電機更加簡單,而且保護功能齊全,運行過程中發生的各種故障系統會自動保護,從而提高了控制系統的工作可靠性。另外,轉子無任何形式繞組,機械強度高；而定子也只有幾個集中繞組,因此,絕緣程度高、壽命長,適合露天野外場所使用。

5）實現了軟啟動。該系統適合重載啟動場合,高啟動轉矩,低啟動電流,啟動電流為額定值的30%時,啟動轉矩可達其額定值的150%,可完全滿足游梁式抽油機帶平衡塊啟動的需要。

6）能夠采用集中直流供電。采用直流輸電和直流供電,可徹底杜絕竊電現象發生。

3 現場應用及節能效果

開關磁阻調速電機的軟啟動性能,可減少抽油機啟動時的硬沖擊損害,并通過調整沖次降低泵的干磨次數,使油井的作業周期延長1 倍以上,每年減少油井維護費á1.5 萬元。對現場使用的多臺開關磁阻調速電機進行了用電測試,并與原電機用電情況對比后發現,該電機節電效果明顯,尤其對平衡好的油井,在運轉1 個周期范圍內,約有1/3 周期時間控制器根本不供電,電機的運行電流為零,完全依靠慣性在運轉,電機電流下降幅度大,平均達15%～30%。如果考慮電網和變壓器由于降低運行電流而減少的線損和變損,節電效果更為明顯。

［1］萬仁溥，羅英俊.機械采油技術[M].北京：石油工業出版社，1993.

［2］吳建華.開關磁阻電機設計與應用[M].北京：中國標準出版社，2000，l5.