淺談提高游梁式抽油機系統(tǒng)效率

胡 明 魏 海 張曉艷

(勝利油田 濱南采油廠，山東 濱州256600)

隨著油田開采進入中后期,機械采油已成為主要的開采方式。據(jù)統(tǒng)計,全國陸上油田的產(chǎn)油井約為8 萬口,是目前油田在用設備數(shù)量最多的設備。其中,抽油機和潛油泵總數(shù)共近8 萬臺,占全行業(yè)總臺數(shù)的85%,用電量占總用電量的50%。然而,目前我國機械采油系統(tǒng)效率還非常低,僅有25%。而在機械采油系統(tǒng)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(tǒng)效率是提高油田機械采油系統(tǒng)效率的關鍵所在。

1 提高游梁式抽油機系統(tǒng)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(yōu)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(tǒng)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(jīng)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(wěn)定的,因此,需根據(jù)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(jù)現(xiàn)場和理論計算,同型號的雙驢頭抽油機在同負荷下與常規(guī)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(chǎn)生大馬拉小車的現(xiàn)象,使電機效率為60%左右,功率因數(shù)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(shù)最高為0.85。當電機輕載運行時,電機效率和功率因數(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(shù)的特性,造成了游梁式抽油機系統(tǒng)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(shù),能夠變速運轉以實現(xiàn)沖次的改變,使抽油泵達到較高的充滿系數(shù)?？傊?要求電機提高運行效率和功率因數(shù)的同時,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(tǒng)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(shù)低、效率低、不能調整沖次以協(xié)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(shù)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(fā)電運行狀態(tài),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(shù)高,調速系統(tǒng)效率高。該電機轉子不存在鐵損和銅損,系統(tǒng)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(shù)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(shù),比普通電機節(jié)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(tài),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(shù)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(jù)需要,可實現(xiàn)上沖程快、下沖程慢,或上沖程慢、下沖程快的功能。利用單片機的智能控制和傳感器的信號傳輸,可根據(jù)油井的實際情況,高可靠性地自動實現(xiàn)上下沖程速度的變化。

4）控制系統(tǒng)可靠性高,電機壽命長。該電機控制系統(tǒng)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(fā)生的各種故障系統(tǒng)會自動保護,從而提高了控制系統(tǒng)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(xiàn)了軟啟動。該系統(tǒng)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(xiàn)象發(fā)生。

3 現(xiàn)場應用及節(jié)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(shù),使油井的作業(yè)周期延長1 倍以上,每年減少油井維護費á1.5 萬元。對現(xiàn)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(fā)現(xiàn),該電機節(jié)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(wǎng)和變壓器由于降低運行電流而減少的線損和變損,節(jié)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(yè)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.