游梁式抽油機變頻節能技術應用研究

鞠漢良，柯軍，高宏亮

（中國石油吐哈油田三塘湖采油廠，新疆 哈密 8 3 9 0 0 9）

游梁式抽油機變頻節能技術應用研究

鞠漢良，柯軍，高宏亮

（中國石油吐哈油田三塘湖采油廠，新疆 哈密 8 3 9 0 0 9）

在油田生產中，抽油機是耗能較大的石油開采機械，在運行過程中，其工況參數將隨著供液量情況而發生變化，一旦工況出現問題，很可能造成較大的電能浪費。為了在提升采油效率的同時降低運行能耗，就需要做好抽油機變頻節能相關工作。本文主要對游梁式抽油機變頻節能技術的應用進行了詳細的研究。

游梁式抽油機；變頻節能；技術應用；研究

在工作過程中，抽油機通過電機實現減速器的驅動，使其帶動四連桿機構實現驢頭的上下擺動，在驢頭擺動時，會在對抽油桿產生帶動作用的情況下使活塞泵實現上下往復運動，以此實現整個抽汲過程。抽油機在上下運行過程中，具有較大的負載變化，減速器凈扭矩也具有較大的波動幅度，該情況反映在電機上，則表現為電流具有較大的變化。根據抽油機平衡裝置特性，在扭矩方面具有較高的要求，即在靜止狀態下也能啟動。為了對該目標進行較好的實現，在電機設備選擇當中，就需要對電機額定功率引起充分的重視，保證額定功率值能夠滿足要求，當其啟動之后，在負載下降的情況下使電機工作在輕載狀態當中。此時，電機效率一般都處于5 0%左右，功率因數則在0.4左右，存在較為嚴重的能源浪費情況，因此其具有較好的節能潛力。在具體節能處理中，主要具有兩方面內容：第一，從電動機自身考慮，對電機的效率以及負荷率進行提升；第二，從系統層面考慮，對電機機械特性進行改變，在使泵、機、桿系統實現較好配合的情況下達到系統效率的提升。通過對這兩種情況的比較，可以發現，第二種方式同第一種相比具有更大的潛力，通過在抽油機當中對變頻調速技術的應用，不僅能夠使泵、機、桿三者間實現較好的配合，且能夠在提升自動化程度的情況下減少工人工作量，在獲得明顯節能效果的情況下獲得更好的經濟效益。

1 抽油機變頻改造方案

1.1 難點

在抽油機改造過程中，其所具有的難點有：第一，其在單一工作循環中，具有兩次發電狀態。在該種情況下，如果沒有做好相關措施的應用，則可能因此使變頻器發生故障；第二，當啟動抽油機時，其在設備轉矩方面需求較大，如果此時沒有設置好變頻器參數，則可能因此出現其不能啟動或過流情況；第三，在異常設計方案當中，在油濃度以及油井液面變化方面沒有做好考慮，因此，在產量提升效果方面存在一定的不足。

1.2 改造方案

同普通變頻器比較而言，變頻器在抽油機當中具有以下特點：根據抽油機特殊工作特點以及載荷特點，在按照工作標準嚴格設計的情況下實現抽油機用變頻器的制造，即將防雷擊裝置、干擾濾波器等設備都集成在該變頻器當中，以此整體提升設備的可靠性。抽油機在工作當中為交變工作載荷，即在變頻器當中具有相應的控制程度，即在供液情況下實現對工作制度的自動調整，在對原有固定動態特性進行轉變的情況下使其能夠根據實際開采情況自動調節，即具有可變動態的特點，在對排量系數以及泵充滿系數進行提升的情況下達到無極調速、節能以及增產的效果。同時，其使用動態調節抽油機頻次以及上下行程速度，以此在增產的同時也具有較好的節電效果：第一，能夠以動態的方式實現抽油機沖程頻次的調節。對于抽油機沖程頻次而言，以往可以通過機械的方式對其進行調整，但對該方式來說，當完成調整之后，則不能經常進行改動。同時，以皮帶輪直徑對頻次進行調整的方式較為有限，并不能對油井負荷的動態適應需求進行滿足。而在變頻調速狀態下，則能夠在工作當中對抽油機轉速實現動態調整，即在實現抽油機沖次無極調節的情況下對泵的充滿度進行調整，在對抽取效率積極提升的情況下增加原油產量，在實現電機功率減少的情況下達到節能目標；第二，能夠在對抽油機上下形成速度進行動態調節的基礎上達到增產節能目標。在對變頻調速技術進行應用的情況下，通過死點位置傳感器的應用，則能夠對變頻調速器上下沖程不同頻率電源的輸出進行控制，使上下沖程在具有不同轉速的情況下對抽油機上下沖程速比進行調節。此外，也能夠聯系實際需求對每個沖程速度進行調整，以此實現油泵充滿度的提升。而通過對上行程速度的適當提升，則能夠在對提升過程漏失系數進行減少的情況下達到增產效果。

2 現場應用

抽油機變頻器在具體應用中，能夠根據油井工礦對上下沖程以及沖程的頻次進行調節，以此使油井供排系統能夠處于動態協調狀態下。以我國某油田抽油機為例，在現場對抽油機情況以及油井工況研究之后，確定對前期油井以及中后期油井分別開展變頻改造：在前期油井當中，由于目標油井剛剛開采，具有較大的儲油量，為了能夠獲得功效的提升，現場確定通過對其沖程頻次進行提升的方式使變頻器運行在6 5 Hz，即在提升1/3頻率的情況下提升3 0%電機轉速，在獲得較高采油量的同時同工頻情況相比采油率具有3 0%的提升。采油量也隨之提升，同工頻情況相比，綜合采油率具有了2 0%的提升；中后期油井方面，由于目標井所具有的儲量相對較小，在供液能力方面存在不足的情況下，如果此時電機依然按照工頻運行，則將在對電能產生浪費的情況下導致不必要損壞的發生。對此，則對抽油機沖程頻次進行調整，以上快下慢的方式開采，將其頻率設置在3 5～4 5 Hz間，以此使電機平均轉速下降約2 0%。由于采油設備具有較輕的負荷，節電率則可以達到2 5%左右。而在稠油井開采中后期，由于原油黏度不斷提升，以往經常會出現光桿同驢頭“打架”的情況，通過上快下慢工藝的應用以及對沖程頻次的調節，則能夠在避免該種情況發生的基礎上實現開采時間的延長，同時也是對原油產量的積極提升。

3 注意事項

在變頻改造中，需要注意以下幾個方面：第一，根據抽油機轉矩較大的特點，在具體改造中，需要做好轉矩提升曲線的設置，使其能夠滿足工作開展要求，而如果沒有做好轉矩提升曲線設置，電流值將因此增大；第二，當抽油機滑塊下降時，其整體負荷將不斷降低，并使電機處于再生發電狀態當中。當能量進入到變頻器設備之后，則會在轉換為直流電施加在電路后實現母線電壓的提升。在這里，需要做好電壓值的控制，如果其值過高，則將對主器件造成損壞，如功率模塊以及電解電容等。對此，就需要做好制動回路的施加，在及時做好再生電壓釋放的情況下使主回路器件能夠工作在安全電壓當中；第三，由于抽油機一般在惡劣環境當中工作，且較多為無人看守。對此，就對變頻器的環境適應能力以及可靠性提出了更高的要求。對此，就需要做好高可靠性變頻器的選擇，同時做好雙層控制柜的設計，在其中做好自動控制系統的設置。在高溫情況下，風冷系統將自動啟動，排出柜內熱量。在低溫情況下，則將自動加熱，以此保證變頻器能夠始終工作在理想的溫度環境下。同時，由于控制柜為雙層結構，也避免了陽光對其進行直射。

4 應用效果

同傳統抽油機相比，專用變頻器控制的抽油機具有以下方面特點：第一，在運行中，將實現抽油機的軟啟動，在較大程度降低啟動電流的基礎上避免對抽油機以及電動機設備產生過大周期，即以此實現設備使用壽命的延長；第二，提升電動機功率因數，在實現無功損耗減少的基礎上實現變壓器以及電網運行負擔的減輕；第三，具有較強的通用性，即對油井不同工況下要求進行滿足，而根據其供油能力，則能夠在實現抽油機參數動態調整的基礎上提升原有產量；第四，變頻器具有短路、過壓以及失速等多項功能，即以可靠、精確的方式實現電機保護；第五，在科學調節范圍當中實現抽油機沖程的無極調節，包括下上沖程速度比以及沖次等；第六，操作便捷，能夠通過面板實現相關參數的調節以及設定，且便于用戶的掌握。

5 結語

綜上所述，本文主要對游梁式抽油機變頻節能技術應用進行了相應的研究，通過變頻控制技術在抽油機當中的應用改造，能夠在實現其動力、運動特性改變的基礎上獲得更高的產能以及更好的節能效果，具有較好的應用價值。

[1]張紅梅,袁文熙,姜小兵.淺析常規游梁式抽油機節能途徑 [J].中國石油和化工標準與質量，2 0 1 1 (8).

[2]趙云峰,劉牧洲,張建成.常規游梁式抽油機節能改造技術探討 [J]. 新疆石油科技，2 0 1 1 (3).

[3]梁宏寶,伊蓮娜,孟慶偉.游梁式抽油機節能技術改造綜述(Ⅰ) [J]. 應用能源技術，2 0 1 1 (2).

[4]張凌,才松林,于生.常規游梁式抽油機節能途徑分析 [J]. 石油石化節能， 2 0 1 1 (1).

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