智能化多功能調(diào)速裝置的應(yīng)用與評(píng)價(jià)

閆靜（大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

隨著油田深入開發(fā)，油井供排關(guān)系不合理問題日趨嚴(yán)峻，為了最大限度地發(fā)掘機(jī)采井節(jié)能降耗的潛能，尋求企業(yè)效益最大化的管理途徑，采油廠部分供排關(guān)系不合理井應(yīng)用了智能化多功能調(diào)速裝置。

1 抽油機(jī)井生產(chǎn)狀況

目前，正常生產(chǎn)的抽油機(jī)井的平均沉沒度為236.23m，其中參數(shù)偏大區(qū)468口井，參數(shù)偏小區(qū)366口井，占開井?dāng)?shù)的16.17%（表1）。

表1 供排失衡井生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)

分析沉沒度小于100m和大于500m的834口抽油機(jī)井，其中運(yùn)行參數(shù)沒有調(diào)整余地的210口，占25.18%，平均系統(tǒng)效率僅為20.7%。

就目前的抽油機(jī)舉升設(shè)備而言，僅僅依靠皮帶輪來調(diào)整沖速進(jìn)而實(shí)現(xiàn)供排關(guān)系的平衡難度較大。

2 現(xiàn)有技術(shù)水平與措施

對(duì)于抽油機(jī)井而言，其常規(guī)的抽汲參數(shù)調(diào)整是通過沖程或沖速的改變來實(shí)現(xiàn)的[1]，但是由于受到抽油機(jī)本身硬件條件的約束，完全依靠沖程與皮帶輪的調(diào)整來改善供排關(guān)系難度較大，有時(shí)甚至無法實(shí)現(xiàn)。

生產(chǎn)中所遵循的長(zhǎng)沖程、低沖速與適宜泵徑的做法，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)有益于抽油機(jī)井泵況管理的實(shí)際，原則上不主張隨意調(diào)整沖程。

2.1 利用管理手段調(diào)整抽吸參數(shù)

對(duì)于部分井而言，可以通過管理手段更換皮帶輪來調(diào)整沖速，但是隨著精細(xì)管理的逐步深入，能夠滿足上述條件的井越來越少。

2.2 利用現(xiàn)有的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)沖速的調(diào)整

2.2.1 改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)

1）依靠變頻控制柜來改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率。借助于變頻器，利用改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率的方法來改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；對(duì)電動(dòng)機(jī)工作電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過控制實(shí)時(shí)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的輸出功率，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整抽油機(jī)沖速、合理匹配機(jī)采舉升能耗的目的。

應(yīng)用變頻控制柜的優(yōu)勢(shì)：速度調(diào)整范圍較大、操作方便；根據(jù)需要來調(diào)整電動(dòng)機(jī)的輸出功率，進(jìn)而達(dá)到舉升能耗的合理匹配。應(yīng)用變頻控制柜的不足是設(shè)備維修難度大，低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)的噪聲大。

2）依靠雙速或多速電動(dòng)機(jī)來改變抽油機(jī)的沖速。通過雙速或多速電動(dòng)機(jī)在不同的速度下工作就可直接改變抽油機(jī)的沖速。目前在機(jī)采舉升中普遍應(yīng)用的是雙速雙功率電動(dòng)機(jī)。

應(yīng)用雙速雙功率電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)是操作簡(jiǎn)單、方便管理；由于匹配相對(duì)合理，具有較好的節(jié)能效果。應(yīng)用雙速雙功率電動(dòng)機(jī)的不足是設(shè)備一次性投入較大，沖速可調(diào)整的范圍相對(duì)較小。

2.2.2 依靠機(jī)械減速裝置來實(shí)現(xiàn)降參

若是僅考慮降低沖速，可以使用機(jī)械減速裝置。目前在油田常見的機(jī)械減速裝置（應(yīng)用到抽油機(jī)井上）主要有3種：

1）過渡輪。依靠一組皮帶輪的傳動(dòng)比來降低沖速。過渡輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，但其轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍較小、使用壽命相對(duì)較短。

2）雙聯(lián)齒輪節(jié)能減速機(jī)。在電動(dòng)機(jī)的前端增加一個(gè)齒輪減速箱，來達(dá)到降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。雙聯(lián)齒輪節(jié)能減速機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，價(jià)格適中，但其電動(dòng)機(jī)的散熱效果相對(duì)較差。

3）R系列減速機(jī)。R系列減速機(jī)為國(guó)內(nèi)外普遍應(yīng)用的一種常規(guī)系列減速機(jī)，具有維護(hù)方便、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)。

依靠機(jī)械減速裝置來實(shí)現(xiàn)降參的做法目前在國(guó)內(nèi)油田已較為普遍，但其在喇、薩、杏油田的現(xiàn)場(chǎng)使用中暴露出了影響熱洗清蠟效果的問題。

綜上所述，從適當(dāng)控制機(jī)采節(jié)能成本的角度出發(fā)，確定使用智能化多功能調(diào)速裝置，來達(dá)到調(diào)整部分抽油機(jī)井供排關(guān)系與合理控制其舉升能耗的目的。

3 智能化多功能調(diào)速裝置

智能化多功能調(diào)速裝置（圖1），實(shí)質(zhì)為抽油機(jī)井專用的智能調(diào)速節(jié)能控制箱，其核心部件為矢量變頻器。

3.1 裝置的工作原理

該裝置通過電流互感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的變化情況，并將檢測(cè)到的信息及時(shí)反饋到控制中心（相當(dāng)于單片機(jī)），來間接判斷抽油泵的工況，由事先植入的運(yùn)動(dòng)控制程序（或設(shè)定的參數(shù)）依據(jù)反饋信息對(duì)矢量變頻器發(fā)出頻率、電壓變化指令，以達(dá)到調(diào)整沖速和輸出功率，確保抽油泵在較佳工況下運(yùn)行，合理控制能耗的目的。

圖1 抽油機(jī)多功能調(diào)速裝置

依據(jù)矢量變頻器的工作特性，即：與工頻相比其頻率降低時(shí)輸出為恒定扭矩，頻率升高時(shí)為恒功率。依據(jù)能量守恒原理不難看出，智能化多功能調(diào)速裝置節(jié)能的實(shí)質(zhì)為降低沖速運(yùn)行，若將沖速上調(diào)（該裝置具備該功能）則能耗增加。

3.2 裝置特性

1）可實(shí)現(xiàn)常規(guī)Y系列電動(dòng)機(jī)的軟啟、軟停。

2）在降低沖速條件下運(yùn)行時(shí)，可達(dá)到電動(dòng)機(jī)負(fù)載與抽油機(jī)負(fù)載間的盡量匹配，減少了能源浪費(fèi)，具有一定的節(jié)能效果。

3）通過電流互感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的變化情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整抽油機(jī)的工作沖速，從而確保抽油泵在較佳工況下運(yùn)行。

4）依據(jù)抽油機(jī)井的實(shí)際設(shè)定控制中心的工作參數(shù)（現(xiàn)場(chǎng)錄入），適用范圍相對(duì)較廣。

5）借助于上、下死點(diǎn)的位置傳感器，可以選擇控制變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)上、下沖程中的沖速不同。

6）保留了過、欠載，短路，缺項(xiàng)及自啟等基本的控制功能。

3.3 應(yīng)用情況

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，目前累計(jì)應(yīng)用智能化多功能調(diào)速裝置346臺(tái)，平均單井有功節(jié)電率為8.7%，累計(jì)節(jié)電120.37×104kWh，見表2。

表2 智能化多功能調(diào)速裝置的節(jié)能效果統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

1）在實(shí)際生產(chǎn)過程中，針對(duì)抽油機(jī)供排關(guān)系不合理問題，建議先以管理手段進(jìn)行調(diào)整。

2）抽油機(jī)供排關(guān)系調(diào)整的最終目標(biāo)是抽油機(jī)井合理節(jié)能運(yùn)行，產(chǎn)量也能達(dá)到最大化。

3）智能化多功能調(diào)速裝置可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)人工連續(xù)調(diào)沖速，滿足各種產(chǎn)量油井的供排協(xié)調(diào)需求，達(dá)到節(jié)能、方便生產(chǎn)的目的。

[1]陳濤平,胡靖邦.石油工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2007(1):286-291.