陳溪(大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠)
抽油機井電動機匹配功率裕量分析
陳溪(大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠)
針對抽油機井電動機匹配后由于動態(tài)的變化,導(dǎo)致部分井功率裕量偏小的問題,從電流、載荷變化幅度情況、以及上產(chǎn)調(diào)參方面進行了統(tǒng)計分析,通過建立匹配計算模型,根據(jù)載荷變化幅度計算需要增加的功率裕量,從而使電動機匹配功率更加合理,使所匹配的電動機既能滿足生產(chǎn)的需要,同時達到降低能耗,降低采油成本的目的,可有效提高油田開發(fā)的經(jīng)濟效益。
抽油機井 電動機功率匹配 合理裕量
喇嘛甸油田進入高含水后期開發(fā)階段,由于水驅(qū)和聚驅(qū)開發(fā)工作的深入調(diào)整。地下動態(tài)變化幅度較大,油井生產(chǎn)動態(tài)也相應(yīng)變化,抽油機運行負(fù)荷降低,原來設(shè)計的電動機功率偏大,根據(jù)現(xiàn)場測試情況統(tǒng)計,現(xiàn)在使用的55kW的電動機,正常運行功率小于20kW功率利用率為18.26%,有82%的抽油機井功率因數(shù)在0.4左右,大容量電動機驅(qū)動較輕的負(fù)載,勢必造成電能的浪費,增加采油的成本。因此,對抽油機井電動機進行合理匹配,以此降低能耗具有重要意義,同時為滿足上產(chǎn)、調(diào)參的需要,因此開展了電動機匹配功率裕量分析,從而更好地開展電動機合理匹配工作。
抽油機井在正常生產(chǎn)過程中由于油管結(jié)蠟、抽油桿偏磨、不平衡等因素造成負(fù)荷增加,還有低含水井今后提高產(chǎn)液等因素都會使抽油機井負(fù)荷增加。電動機匹配計算功率時,是根據(jù)抽油機井正常生產(chǎn)時的示功圖數(shù)據(jù)來計算的,所計算出的電動機功率是平均運行功率,數(shù)值較小,為使匹配的電動機功率比較合理,需增加一定的裕量來解決以上問題,使匹配的電動機既能滿足正常生產(chǎn)以及上產(chǎn)需要的同時,盡量降低能耗。
電動機匹配計算模型:
如果把抽油機光桿載荷與電動機輸出功率看成是一種線形關(guān)系,就可以建立如下數(shù)學(xué)模
式中:
Pd——電動機實際功率需求,kW;
CLF——曲柄軸上周期載荷系數(shù);
E——實際平均效率;
Pr——懸點處的光桿功率,kW;
η——從電動機軸到懸繩器的平均效率;
A——功圖面積,mm2;
Sd——減程比,m/mm;
Fd——力比,N/mm;
N——沖速,min-1;
Ie——均方根電流,A;
Im——平均電流,A;
Ii——對應(yīng)每個曲柄轉(zhuǎn)角啟動電流,A。
對正常生產(chǎn)過程中的裕量,從兩個方面進行分析,一是抽油機井負(fù)荷變化情況;二是抽油機井電流變化情況。
2.1 負(fù)荷變化情況統(tǒng)計分析
為了研究抽油機井在正常生產(chǎn)過程中負(fù)荷的變化情況,對50口抽油機井一個洗井周期內(nèi)的負(fù)荷數(shù)據(jù)變化情況進行了統(tǒng)計、分析,平均負(fù)荷變化曲線函數(shù)為Y=0.0034ln(X)+0.24,即:抽油機井在正常生產(chǎn)過程中平均負(fù)荷變化幅度約為24%。其平均負(fù)荷變化幅度見圖1。
圖1 平均負(fù)荷變化散點圖
2.2 電流變化情況統(tǒng)計分析
抽油機井正常生產(chǎn)過程中負(fù)荷變化勢必造成電動機運行時的電流發(fā)生變化,為分析電流的變化情況,對50口抽油機井的電流變化情況進行了統(tǒng)計分析,經(jīng)分析得電流變化曲線函數(shù)為:Y=0.0071 ln(X)+0.27,即:正常生產(chǎn)過程中電流的變化幅度約為27%。電流變化幅度見圖2。
圖2 電流變化幅度散點圖
根據(jù)公式(1)(2)(3)計算負(fù)荷、電流變化裕量分別為2.66kW、2.98kW,由計算數(shù)據(jù)分析可知,對同一口井,用電流的變化幅度和用平均負(fù)荷的變化幅度進行裕量計算,計算結(jié)果比較接近。根據(jù)負(fù)荷計算時利用到光桿功率、周期載荷系數(shù)、傳動效率等實際生產(chǎn)數(shù)據(jù),考慮的因素比較多,且是實際生產(chǎn)數(shù)據(jù);電流是負(fù)荷變化情況的反映,如果該井裝有節(jié)能控制箱,則電流顯示數(shù)值較小,計算結(jié)果也就較小,理論和實際就相差較大,所以利用電流變化幅度計算的結(jié)果不如用負(fù)荷變化幅度計算的結(jié)果更準(zhǔn)確。
2.3 上產(chǎn)調(diào)參時的功率裕量分析
2.3.1 含水在95%以上的油井
由于含水比較高,這樣的抽油機井產(chǎn)能比較低,一般不再進行上調(diào)參,因為沒有經(jīng)濟效益可再提高。對這樣的抽油機井進行電動機匹配時不需要留有太多的裕量,以免能耗的增加。
2.3.2 含水在95%以下的油井
對于含水在95%以下的抽油機井,含水相對低些,產(chǎn)能也相對比較高,根據(jù)需要可進行提高產(chǎn)液。提高產(chǎn)液一般是通過以下三種方式:提高沖速;加大沖程;換大泵。
1)沖速調(diào)整分析。為提高產(chǎn)液進行提高沖速,沖速增加則會導(dǎo)致負(fù)荷增加,所需電動機的功率也將增加,為此在電動機匹配時需留有一定的裕量。沖速的提高應(yīng)根據(jù)該抽油機井動液面的情況,地下流壓的變化情況,以及抽油機允許的最大扭矩等因素來確定,再就是從經(jīng)濟效益方面考慮,由于沖速提高能耗增加,設(shè)備磨損嚴(yán)重,斷桿及檢泵率加大,縮短了抽油桿,油管以及井下工具的使用壽命。具體提高幾次應(yīng)根據(jù)具體情況進行預(yù)產(chǎn),通過公式:Q/η=K×N×S計算來確定。
由于沖速的提高使抽油機負(fù)荷增加,扭矩增加,利用公式計算出最大、最小懸點載荷以及最大扭矩,最后求出所需增加的功率。
根據(jù)公式可以計算出功率裕量:
式中:
Wr——抽油桿在液柱中的重力令其等于抽油桿在下沖程作用在懸點的載荷,kN;
Wl——油管內(nèi)柱塞以上液體重力,kN;
S——沖程,m。
2)沖程調(diào)整分析。加大沖程使產(chǎn)液增加,抽油機井的負(fù)荷增加也隨之增加,為了使匹配的電動機功率滿足正常調(diào)參的需要,需增加的裕量可以根據(jù)公式(4)(5)(6)(7)進行計算。具體匹配時應(yīng)根據(jù)具體情況決定是否留出裕量,當(dāng)該抽油機井已經(jīng)在最大沖程位置了,匹配電動機時不需為沖程留有裕量功率。
3)泵型調(diào)整分析。對于動液面比較淺,而且含水比較低,產(chǎn)能較高的抽油機井,當(dāng)提高沖速以及加大沖程動液面都變化較小,可以通過換大泵提高排量,具體功率裕量可以根據(jù)公式(4)(5)(6)(7)進行計算。
由于電動機種類、系列不同,其性能也有較大的差異,對其啟動時留有的功率裕量也就不同,對于不同機型的抽油機來說,其靜扭矩也不相同,需要的啟動功率也就不同。經(jīng)統(tǒng)計全廠抽油機機型主要有CYJ10型、CYJ11型、CYJ14型的。電動機主要有YCY系列的、Y系列的以及永磁的。
電動機啟動時需克服較大的靜扭矩,由于扭矩隨曲柄角度變化,比較復(fù)雜,計算比較困難,因此對近年來電動機匹配的抽油機井進行了部分統(tǒng)計,并根據(jù)理論分析,給出了電動機啟動時所需功率裕量,見表1。
表1 電動機啟動裕量數(shù)值
根據(jù)以上分析可知,在不同情況下需要增加的裕量為:電動機實際運行功率與增加幅度的乘積,即為所需要增加的功率裕量。以抽油機井8-2501為例。該井正常運行時實際需求功率為11.08kW。
1)負(fù)荷變化裕量。
2)參數(shù)調(diào)整裕量。該抽油機井機型為:CYJ10-3-53HB,泵徑為83的,泵掛為956.7m,動液面為874.9m,利用其示功圖數(shù)據(jù)進行計算,原來沖速為8min-1,若該井沖速還可以再提高1次,經(jīng)計算得:電動機功率為3.19kW,則在電動機匹配時需增加的裕量約為3.19kW。實際上該抽油機井動液面已經(jīng)很深不能再增加沖速了,也就是不需再為沖速留有功率裕量。
3)啟動功率裕量為8kW。該抽油機井匹配時的功率裕量為:
裝機功率為:P=11.08+10.66=21.74kW,按計算結(jié)果我們現(xiàn)場匹配了22kW,見表2。
表2 安裝前后效果比較
根據(jù)以上分析研究結(jié)果,現(xiàn)場進行了抽油機井電動機合理匹配355口井,實施后平均單井裝機功率下降了24kW,有功功率降低了1.21kW,實現(xiàn)單井日節(jié)電29.04kWh,取得了較好的實施效果。
1)抽油機電動機功率的選擇必須根據(jù)生產(chǎn)需要進行合理匹配,這樣才可更好地改變目前裝機功率偏大,能耗成本高的現(xiàn)狀。
2)抽油機電動機功率的選擇在滿足正常生產(chǎn)需要的同時,還應(yīng)考慮以后上產(chǎn)的需要,應(yīng)留有一定的功率裕量。
3)利用扭矩、負(fù)荷的變化可較為準(zhǔn)確地計算裝機功率。
10.3969/j.issn.2095-1493.2012.07.019
2012-05-18)
陳溪,1997年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院,從事機采井及電氣設(shè)備管理工作,E-mail:chenxi16@petrochina.com.cn,地址:黑龍江省大慶油田第六采油廠第二油礦機關(guān),163000。