采油管理中抽油機(jī)變頻控制柜的應(yīng)用分析

【摘 要】根據(jù)抽油機(jī)工作過程的特點(diǎn)，設(shè)計和開發(fā)了油井變頻技術(shù)，將其應(yīng)用到油田的管理中，能夠從根本上減少抽油機(jī)工作過程的能耗。在傳感器技術(shù)的輔助下，采用該技術(shù)，能夠使抽油機(jī)的開采效率大大提高，并保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了模糊控制，并能夠防止采油設(shè)備出現(xiàn)空耗的現(xiàn)象，提高了整體設(shè)備的節(jié)能效應(yīng)。

【關(guān)鍵詞】采油管理；抽油機(jī)；變頻控制柜；應(yīng)用分析

隨著科技的不斷發(fā)展，變頻技術(shù)也快速發(fā)展，目前，該技術(shù)和傳感器技術(shù)結(jié)合起來應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)模糊控制，明顯降低了運(yùn)行過程的能耗，減少了空耗的產(chǎn)生，體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的時代理念。另外，變頻技術(shù)的應(yīng)用使得油田的開發(fā)更簡單，它與油田開發(fā)過程中地下參數(shù)不斷變化這一特征相適應(yīng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)抽油機(jī)的軟啟動方式，從而在油田開發(fā)管理中不斷被推廣應(yīng)用。變頻技術(shù)的應(yīng)用，是伴隨著計算機(jī)等各種技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)揮作用的，它們大大優(yōu)化了油田的開發(fā)過程，從整體上提高了采油的綜合效益。變頻技術(shù)在石油開采中的應(yīng)用和推廣，一般更適應(yīng)于在一些地下參數(shù)變化起伏比較大的熱采區(qū)域中進(jìn)行采油工作。隨著其應(yīng)用的不斷推廣，目前，變頻技術(shù)在石油開采和管理中已經(jīng)有越來越廣泛的應(yīng)用和發(fā)展空間。它將推動著油田開發(fā)往新的方向發(fā)展。

一、采油管理中抽油機(jī)變頻控制柜節(jié)能的原理

在抽油機(jī)工作過程中，一般有兩種工作狀態(tài)，第一種是電動機(jī)中的驅(qū)動裝置能夠在抽油機(jī)運(yùn)動時，從其中的電網(wǎng)中獲取一部分電能；第二種運(yùn)行狀態(tài)是指能夠在運(yùn)行過程中釋放熱量，這是由于抽油機(jī)中的機(jī)械裝置能夠使電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。這兩種不同的工作狀態(tài)實(shí)際上表明了抽油機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，將勢能轉(zhuǎn)化為電能，并將這些電能傳到電網(wǎng)中。但是這個傳遞的過程是間接的，容易造成電能的浪費(fèi)，而變頻技術(shù)的應(yīng)用，則使得這種能量能直接傳遞，從而減少了能量的消耗。

變頻柜工作的原理：目前可以采用吸收電容、制動電阻以及回饋制動等各種方法來實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)變頻柜中對再生電能的處理?；仞佒苿邮且环N比較高級的方法，它通過了節(jié)能的改造，將永磁電機(jī)和變頻柜結(jié)合起來使用，能夠大大提高節(jié)能的效率，節(jié)省的電能能夠達(dá)到百分之三十至百分之六十。

變頻柜增產(chǎn)的原理：對動態(tài)的節(jié)能裝置進(jìn)行設(shè)置，將其頻率設(shè)為最高和最低、正常三種狀態(tài)，將載荷設(shè)為最小，這樣子就能夠通過對載荷的實(shí)時采集來實(shí)現(xiàn)對示功圖的分析和處理。變頻柜的應(yīng)用，是將頻率在最高和最低的一整段中分段進(jìn)行工作，從而實(shí)現(xiàn)了上部快，而下部慢的運(yùn)行狀態(tài)，降低了空耗產(chǎn)生的概率，使得泵的效率大大提高，從而提高了原油開采的產(chǎn)量。

電動機(jī)節(jié)省能耗的原理：電動機(jī)在運(yùn)行過程中，其效率的高低跟電動機(jī)的負(fù)荷率有關(guān)，對于一些功率不同的電動機(jī)，它的效率的下降程度不一樣，功率和效率都會受負(fù)荷載影響，并存在著一個臨界的負(fù)荷率，當(dāng)大于等于該值時，負(fù)荷載主要是影響功率，使其降低，因此為了節(jié)能，必須提高負(fù)荷率，一般是將其控制在百分之七十以上。

二、常用抽油機(jī)的電動機(jī)工作特點(diǎn)

游梁式抽油機(jī)在所有采油的機(jī)械中所占的比例最大，占了百分之七十五以上。這種機(jī)械在工作過程中會受到周期變化的負(fù)荷的沖擊性影響，因此在選擇電動機(jī)的時候，應(yīng)該選擇具有較高的承載能力和較高容量的。另外，該機(jī)械的電動機(jī)在每一個沖飲中的發(fā)電狀態(tài)有兩種，發(fā)電跟平衡效果有很大關(guān)系，平衡效果越好，則發(fā)電越少。抽油機(jī)的抽油桿在上下死點(diǎn)中會發(fā)出沖擊，這大大降低了電動機(jī)在運(yùn)行中的效率。所以，在進(jìn)行游梁式抽油機(jī)的節(jié)能改造時，應(yīng)該改變電動機(jī)這種不良的機(jī)械特征，還需要提高電動機(jī)的負(fù)荷率。但一般來說，前者的節(jié)能效果是較好的。

三、油田開采中的電動機(jī)節(jié)能的途徑以及相關(guān)電動機(jī)節(jié)能的情況

油田開采中電動機(jī)的節(jié)能途徑主要有：第一，將電動機(jī)的機(jī)械特性人為進(jìn)行改造，例如，可以將電源的頻率改動，使其硬特性去除，而與負(fù)荷的柔特性良好配合；第二，是在設(shè)計的時候就對其特性進(jìn)行考慮，并從源頭上改善其特性，以提高其運(yùn)行的效率；第三，應(yīng)該不斷提高負(fù)荷率的值，來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。

目前，變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，它是將抽油機(jī)中的電動機(jī)進(jìn)行改造，在其電源中加上一個變頻器，來使電動機(jī)的容量降低，提高運(yùn)行的負(fù)荷率。由于變頻器的調(diào)速作用，改變了上下沖程的速度之比，并且其輸入的功率的值和1很接近，從而使得抽油機(jī)整個系統(tǒng)中各個部分能夠很好地配合，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。但是這種經(jīng)過變頻器改造的電動機(jī)也有一定的缺陷，它的成本較高，并且進(jìn)行現(xiàn)場管理時難度比較大，同時，變頻器的使用，也附加進(jìn)了百分之六左右的功率消耗。同時，電網(wǎng)還受變頻器的諧波影響，這種諧波會增加電動機(jī)的損耗。稀土永磁同步電動機(jī)的效率比一般的電動機(jī)要高，功率值也達(dá)到了0.9，但是由于它在運(yùn)行中所具有的機(jī)械硬特性比一般的電動機(jī)更高，因此，一般情況下，不能改良其系統(tǒng)的配合，節(jié)能效果不佳。同時，這種電動機(jī)的成本更高，比一般的電動機(jī)要高出一倍左右的價錢，并且啟動的電流很大，不利于節(jié)能。

四、采油管理中抽油機(jī)變頻控制柜的應(yīng)用及其優(yōu)點(diǎn)

在采油管理中將雙變頻技術(shù)應(yīng)用到智能的變頻控制柜中，能夠?qū)崿F(xiàn)抽油機(jī)中能量轉(zhuǎn)化和傳遞的優(yōu)化。這種變頻控制柜和一般的變頻控制柜有較大的差別，它能夠?qū)⒅匦路祷氐阶冾l器直流環(huán)節(jié)中的具有再生特性的電能轉(zhuǎn)化和電網(wǎng)的電源具有相同相位的同步交流正弦波，并利用濾波，將這種再生電能傳遞給電網(wǎng)，供其利用。另外，對電磁調(diào)速電機(jī)進(jìn)行一系列的節(jié)能改造，通過對其調(diào)速器的速度進(jìn)行調(diào)整和設(shè)定，將其調(diào)到最大檔的范圍，并將變頻器的頻率降低，使其生產(chǎn)沖飲正?；?，提高運(yùn)行效率和節(jié)能效果。

采油管理中抽油機(jī)變頻控制柜具有以下優(yōu)點(diǎn)：

第一，對過流、過壓、過載、缺相、短路、三相不平衡具有保護(hù)功能。第二，軟啟動、軟停止，降低工頻啟動造成的電機(jī)和電纜的絕緣老化，延長了設(shè)備的維修周期及使用壽命。第三，安全可靠，可降低抽油機(jī)全系統(tǒng)的運(yùn)行速度，以減輕傳動、運(yùn)動部分的疲勞和磨損。第四，能量回饋電網(wǎng)，增加運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。第五，具有備用工頻旁路系統(tǒng)，根據(jù)需要可轉(zhuǎn)工頻旁路運(yùn)行，以保障正常生產(chǎn)。

采用本系列抽油機(jī)能量回饋智能變頻控制柜取得了良好節(jié)能效果。通過對三廠采油一礦4-11-N20井等八口油井的調(diào)速電機(jī)改造后，經(jīng)過前后對比測試節(jié)電率為31.5%。要進(jìn)一步提高游梁式抽油機(jī)的節(jié)能效果，一方面應(yīng)從改善現(xiàn)有電動機(jī)的機(jī)械特性人手，使其機(jī)械特性與抽油機(jī)的負(fù)載特性互相配合。另一方面是研制四象限變頻器，可以把電動機(jī)發(fā)電狀態(tài)所發(fā)的電回饋電網(wǎng)。目前在游梁式抽油機(jī)電動機(jī)節(jié)能方面需要解決的問題還很多，電動機(jī)節(jié)能情況不太理想，還需各方面做出更多的努力。

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