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    油田常用節(jié)能抽油機分析及應(yīng)用

    2017-01-04 05:07:56朱文廣大慶油田水務(wù)公司
    石油石化節(jié)能 2016年4期
    關(guān)鍵詞:游梁沖程杠鈴

    朱文廣 (大慶油田水務(wù)公司)

    油田常用節(jié)能抽油機分析及應(yīng)用

    朱文廣 (大慶油田水務(wù)公司)

    抽油機是油田主要耗能設(shè)備,因其結(jié)構(gòu)可靠被廣泛應(yīng)用,約占機采設(shè)備的65%。目前油田常用抽油機類型主要有常規(guī)游梁式抽油機、塔架式抽油機、偏置游梁式抽油機和矮型異相曲柄平衡抽油機。抽油機選型主要是參考抽油機的額定載荷,但由于油田井下情況復(fù)雜,為了適應(yīng)油田生產(chǎn)的需要,選型還要參考抽油機的結(jié)構(gòu)特點和節(jié)能效果。經(jīng)過對比試驗,塔架式抽油機節(jié)電效果最好,有功節(jié)電率為29.88%;異相型復(fù)合平衡抽油機有功節(jié)電率為9.33%;矮型異相曲柄平衡抽油機適用于負荷低的井,有功節(jié)電率為15.60%。對于稠油開采建議采用長沖程、低沖速的塔架式抽油機,對于稀油且產(chǎn)液量小的井建議用矮型異相曲柄平衡抽油機,異相型復(fù)合平衡抽油機易由普通游梁式抽油機改造而成,適合井況變化不大的抽油機節(jié)能改造。

    油田;節(jié)能;塔架式抽油機;異相型復(fù)合平衡抽油機;矮型異相曲柄抽油機

    常規(guī)游梁式抽油機是一種后置式的四連桿結(jié)構(gòu),是新型游梁式抽油機的原型,但由于本身結(jié)構(gòu)上的不合理,使得不能解決平衡效果差,載荷低,能耗高等缺點[1-2]。同時,常規(guī)游梁式抽油機的懸點載荷為周期性變化,懸點載荷在減速器曲柄軸上的轉(zhuǎn)矩曲線與曲柄的正弦曲線差不很大,疊加出來的載荷波動很大,為了滿足載荷峰值的要求,必須配備功率較大的電動機來提供較大的余度。常規(guī)游梁式抽油機雖然可靠性高但效率低,平均只有10%~30%,系統(tǒng)效率低導(dǎo)致能耗大。相比其他技改方式,抽油機技改是技能效果最好的一種節(jié)能方式,目前常用節(jié)能型抽油機大體可分為矮型異相曲柄平衡抽油機、異相型復(fù)合平衡抽油機(包括下偏杠鈴)、塔架式抽油機3種,下文對其結(jié)構(gòu)特點、節(jié)能效果進行分析最后確定適用范圍。

    1 矮型異相曲柄平衡抽油機

    1.1結(jié)構(gòu)特點

    矮型機游梁擺角約達90°,使游梁與驢頭為一體。四連桿機構(gòu)運動特點是上沖程運行時間長(曲柄轉(zhuǎn)角為190°),下沖程運行時間短(曲柄轉(zhuǎn)角為170°)。平衡重臂偏置曲柄某一最佳相位角,使電動機功率周期變化平緩。

    1.2節(jié)能效果

    在大慶油田生產(chǎn)井上與CYJ6-2.5-26HB對比,結(jié)果如下:

    平均系統(tǒng)效率提高2.31百分點,有功節(jié)電率15.60%,無功節(jié)電率37.11%,綜合節(jié)電率18.07%。

    1.3適用范圍

    與6型常規(guī)抽油機相同,由于其最大沖程只有2.5 m,其理論排量受到限制,所以只能用于產(chǎn)量較低的井上。同時,由于該機具有上沖程慢、下沖程快的運動特性,在稠油井上要慎用,以免出現(xiàn)抽油桿下行滯后現(xiàn)象。

    2 異相型復(fù)合平衡抽油機

    2.1結(jié)構(gòu)特點

    普通抽油機的曲柄中心線與平衡裝置的中心線重合,而異相抽油機的曲柄中心線與平衡裝置的中心線有一個相位角。同時,曲柄中心軸承與游梁、連桿的連結(jié)銷不在一條垂直線上,這樣的改進使曲柄上沖程時的轉(zhuǎn)角大于190°,下沖程小于170°,從而降低了上沖程時的加速度,降低了上沖程時懸點的慣性載荷,以達到節(jié)能效果。復(fù)合平衡方式可降低曲柄軸峰值轉(zhuǎn)矩,在一定程度上可起到減少能耗的作用。用復(fù)合平衡的方式可在一定程度上改善抽油機在大負荷下的轉(zhuǎn)矩特性。下偏杠鈴是通過參數(shù)優(yōu)化得到的一個復(fù)合平衡抽油機的“升級版”,所以一起考慮。

    2.2節(jié)能效果

    生產(chǎn)井上與CYJ10-3-37HB對比:平均系統(tǒng)效率提高4百分點,有功節(jié)電率18.88%,無功節(jié)電率41.00%,綜合節(jié)電率21.62%。

    標準井上:平均系統(tǒng)效率也提高了4百分點,有功節(jié)電率9.33%,無功節(jié)電率21.89%,綜合節(jié)電率10.10%。

    2.3適用范圍

    該機適合于中低黏度原油和高含水期開采。因為常規(guī)抽油機依然占據(jù)著油田抽油機的最大比重,考慮到油田生產(chǎn)實際和生產(chǎn)成本等原因,舊抽油機改造是一條很好的節(jié)約能源、節(jié)約成本的好方法,而改造為復(fù)合平衡或下偏杠鈴,對老機型改造少、容易實施。

    3 塔架式抽油機

    3.1結(jié)構(gòu)特點

    長沖程抽油機具有高采油效率,增加原油產(chǎn)量;提高抽油桿和抽油泵的使用壽命;排量穩(wěn)定,動載荷?。怀橛蜋C平衡效果較好。

    3.2節(jié)能效果

    生產(chǎn)井上與CYJY14-6-89HF對比:平均系統(tǒng)效率提高6.75百分點,有功節(jié)電率27.95%,無功節(jié)電率71.18%,綜合節(jié)電率33.69%。

    標準井上:平均系統(tǒng)效率提高16.6百分點,有功節(jié)電率29.88%,無功節(jié)電率58.3%,綜合節(jié)電率31.43%。

    塔架式抽油機生產(chǎn)井上節(jié)能效果優(yōu)于標準井,原因為標準井泵較淺,而且使用水為循環(huán)介質(zhì),與深井、稠油井相比沒有完全發(fā)揮出塔架式抽油機長沖程、低沖速能夠減少沖程損失,增加泵充滿度的優(yōu)勢。

    3.3適用范圍

    排量大,參數(shù)調(diào)節(jié)方便,適用于高產(chǎn)井和產(chǎn)量波動大的井。同時也適用于深井、稠油熱采井、大泵深抽,其長沖程、低沖速特性使泵筒充滿系數(shù)高,可以消除氣鎖,防止結(jié)蠟。但有的抽油機吊繩承載后,易造成破股損壞,而且更換比較困難。

    4 效果對比

    下面分析在不同負荷條件下不同類型抽油機的節(jié)能效果,選擇在標準井上利用調(diào)節(jié)動液面來模擬不同負荷,分別選取300、600、800 m動液面來進行試驗,從而得出不同負載下的不同抽油機的有功節(jié)電率(圖1)。

    圖1 抽油機不同負荷(動液面深度)下有功節(jié)電率對比

    由圖1可知:

    1) 有功節(jié)電率隨著負荷的增加而下降。主要原因是在輕載時,電動機功率余量充足即負載率很小,所以節(jié)能效果好。隨著負荷的增加,余量減少,節(jié)電率就會減少。因為電動機的負載率為電動機的輸出功率與額定功率的比值,而普通異步電動機的輸出功率與輸出轉(zhuǎn)矩成正比。根據(jù)Y系列異步電動機負載率與效率的關(guān)系曲線可知,負載率在35%以上時,效率能夠達到90%。

    2) 塔架式抽油機節(jié)能效果明顯。首先是因為塔架式抽油機在生產(chǎn)過程中勻速運動,減少抽油機動載荷,無游梁、四連桿等機械結(jié)構(gòu)的能量損失;其次是塔架式抽油機采用開關(guān)磁阻電動機和伺服電動機,下行時耗電較少。

    3) 下偏杠鈴節(jié)能效果好于異相式復(fù)合平衡抽油機,但相差不大。原因是下偏杠鈴節(jié)能是由異相式復(fù)合平衡抽油機發(fā)展改造而來的,所以節(jié)能效果相差不多;而下偏杠鈴的參數(shù)是根據(jù)標準井情況進行了優(yōu)化,所以效果好于異相式復(fù)合平衡抽油機。

    [1]駱華峰,欒慶德.游梁式抽油機實體建模及仿真分析[J].石油礦場機械,2008,37(12):22-24.

    [2]張曉東,賈國超.關(guān)于我國抽油機發(fā)展的幾點思考[J].石油礦場機械,2008,37(1):24-27.

    10.3969/j.issn.2095-1493.2016.04.012

    2016-01-04

    (編輯 李珊梅)

    朱文廣,1996年畢業(yè)于東北農(nóng)業(yè)大學,從事節(jié)能管理工作,Email:zhuweng@cnpc.com.cn,地址:黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西潭路,163000。

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