淺談提高游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)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(jìn)入中后期,機(jī)械采油已成為主要的開采方式。據(jù)統(tǒng)計(jì),全國(guó)陸上油田的產(chǎn)油井約為8 萬(wàn)口,是目前油田在用設(shè)備數(shù)量最多的設(shè)備。其中,抽油機(jī)和潛油泵總數(shù)共近8 萬(wàn)臺(tái),占全行業(yè)總臺(tái)數(shù)的85%,用電量占總用電量的50%。然而,目前我國(guó)機(jī)械采油系統(tǒng)效率還非常低,僅有25%。而在機(jī)械采油系統(tǒng)中游梁式抽油機(jī)約占85%,潛油泵約占7%,立式抽油機(jī)約占7%,其他類型約占1%。可見(jiàn),提高游梁式抽油機(jī)的系統(tǒng)效率是提高油田機(jī)械采油系統(tǒng)效率的關(guān)鍵所在。

1 提高游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)效率的途徑

游梁式抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、維護(hù)方便的優(yōu)良特性,在國(guó)內(nèi)油田得到了廣泛應(yīng)用。整個(gè)游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)主要由即抽油泵、游梁式抽油機(jī)和電動(dòng)機(jī)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(huì)經(jīng)常變化,所以,抽油泵的運(yùn)行效率由自身和原油粘度決定,一般情況下是穩(wěn)定的,因此,需根據(jù)井下地質(zhì)情況決定選擇合適的抽油泵。游梁式抽油機(jī)型號(hào)一旦選定,其運(yùn)行效率也隨之確定,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)和理論計(jì)算,同型號(hào)的雙驢頭抽油機(jī)在同負(fù)荷下與常規(guī)游梁式抽油機(jī)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(jī)。游梁式抽油機(jī)的平衡好壞將大大影響抽油機(jī)的運(yùn)行效率,所以要充分重視抽油機(jī)的平衡度。

游梁式抽油機(jī)所用電機(jī)的種類很多,其中,最為常用的是Y 系列普通電機(jī)。由于該電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,而游梁式抽油機(jī)需要很大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)帶動(dòng)平衡塊啟動(dòng),為此,匹配的Y 系列普通電機(jī)功率比抽油機(jī)啟動(dòng)后正常運(yùn)行所需的功率大2 個(gè)等級(jí)甚至更多,完成啟動(dòng)后抽油機(jī)僅需很少的轉(zhuǎn)矩即可正常運(yùn)行,這造成了電機(jī)絕大部分工作時(shí)間的負(fù)載率僅在40%左右,產(chǎn)生大馬拉小車的現(xiàn)象,使電機(jī)效率為60%左右,功率因數(shù)為0.3～0.4。Y 系列普通電機(jī)最高效率點(diǎn)在80%額定功率附近,效率最高為90%,功率因數(shù)最高為0.85。當(dāng)電機(jī)輕載運(yùn)行時(shí),電機(jī)效率和功率因數(shù)非常低,效率最低為30%左右,功率因數(shù)最低為0.2 以下。然而游梁式抽油機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)后,負(fù)荷呈周期性變化,上行程比下行程負(fù)荷高,Y 系列普通電機(jī)不能在這種寬范圍負(fù)荷下,始終保持高效率和高功率因數(shù)的特性,造成了游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)效率普遍偏低。

游梁式抽油機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,在一個(gè)周期內(nèi)負(fù)荷變化率大, 為適應(yīng)游梁式抽油機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn), 所用電機(jī)應(yīng)具有較高的可靠性、較長(zhǎng)的使用壽命和較好的軟啟動(dòng)性能,負(fù)荷率為10%～100%都具有較高的效率和功率因數(shù),能夠變速運(yùn)轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)沖次的改變,使抽油泵達(dá)到較高的充滿系數(shù)。總之,要求電機(jī)提高運(yùn)行效率和功率因數(shù)的同時(shí),還可根據(jù)出液量的變化選擇最佳沖次,保證泵的充滿系數(shù),從而提高油井產(chǎn)量,降低泵的磨損次數(shù)和維護(hù)費(fèi)用。然而目前在用的各類電機(jī)都存在不同程度的問(wèn)#105# 李佃貞,等:提高游梁式抽油機(jī)系統(tǒng)效率分析題,無(wú)法完全滿足游梁式抽油機(jī)的需要。

1）Y 系列普通電機(jī)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小、功率因數(shù)低、效率低、不能調(diào)整沖次以協(xié)調(diào)供排關(guān)系。

2）永磁同步電機(jī)，啟動(dòng)沖擊大,存在退磁。隨著時(shí)間的變化,效率和功率因數(shù)不斷下降,損壞修復(fù)難,沖次調(diào)整困難。

3）變頻電機(jī)，抽油機(jī)存在發(fā)電運(yùn)行狀態(tài),容易造成變頻器損壞。

2 開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)的主要特點(diǎn)

1）效率高,功率因數(shù)高,調(diào)速系統(tǒng)效率高。該電機(jī)轉(zhuǎn)子不存在鐵損和銅損,系統(tǒng)效率在寬范圍內(nèi)為90%以上,比目前效率最高的變頻電機(jī)高5%～10%,功率因數(shù)達(dá)0.95 以上,并且在負(fù)載為10%～100%時(shí),均保持很高的效率和功率因數(shù),比普通電機(jī)節(jié)電25%以上。

2）可跟蹤油井出液量的變化,調(diào)整抽油機(jī)沖次,使抽油機(jī)工作在最佳的工作狀態(tài),沖次為018～810 無(wú)級(jí)可調(diào)。開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)具有記憶識(shí)別電機(jī)作功變化的單片機(jī), 通過(guò)長(zhǎng)期鑒別, 判斷出充滿系數(shù)的大小,給出增加沖次或減少?zèng)_次的信號(hào),保證合理的抽油泵充滿度,減少抽油泵的干磨,延長(zhǎng)檢泵周期。

3）根據(jù)需要,可實(shí)現(xiàn)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(jī)的智能控制和傳感器的信號(hào)傳輸,可根據(jù)油井的實(shí)際情況,高可靠性地自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下沖程速度的變化。

4）控制系統(tǒng)可靠性高,電機(jī)壽命長(zhǎng)。該電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)于其他電機(jī)更加簡(jiǎn)單,而且保護(hù)功能齊全,運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的各種故障系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保護(hù),從而提高了控制系統(tǒng)的工作可靠性。另外,轉(zhuǎn)子無(wú)任何形式繞組,機(jī)械強(qiáng)度高；而定子也只有幾個(gè)集中繞組,因此,絕緣程度高、壽命長(zhǎng),適合露天野外場(chǎng)所使用。

5）實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)。該系統(tǒng)適合重載啟動(dòng)場(chǎng)合,高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,低啟動(dòng)電流,啟動(dòng)電流為額定值的30%時(shí),啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)其額定值的150%,可完全滿足游梁式抽油機(jī)帶平衡塊啟動(dòng)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(xiàn)象發(fā)生。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及節(jié)能效果

開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)的軟啟動(dòng)性能,可減少抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)的硬沖擊損害,并通過(guò)調(diào)整沖次降低泵的干磨次數(shù),使油井的作業(yè)周期延長(zhǎng)1 倍以上,每年減少油井維護(hù)費(fèi)á1.5 萬(wàn)元。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的多臺(tái)開關(guān)磁阻調(diào)速電機(jī)進(jìn)行了用電測(cè)試,并與原電機(jī)用電情況對(duì)比后發(fā)現(xiàn),該電機(jī)節(jié)電效果明顯,尤其對(duì)平衡好的油井,在運(yùn)轉(zhuǎn)1 個(gè)周期范圍內(nèi),約有1/3 周期時(shí)間控制器根本不供電,電機(jī)的運(yùn)行電流為零,完全依靠慣性在運(yùn)轉(zhuǎn),電機(jī)電流下降幅度大,平均達(dá)15%～30%。如果考慮電網(wǎng)和變壓器由于降低運(yùn)行電流而減少的線損和變損,節(jié)電效果更為明顯。

［1］萬(wàn)仁溥，羅英俊.機(jī)械采油技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1993.

［2］吳建華.開關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000，l5.