抽油泵節(jié)能技術(shù)的新構(gòu)想

(長慶油田分公司機(jī)械制造總廠，陜西 西安 710201)

抽油泵節(jié)能技術(shù)的新構(gòu)想

張劉富，王新剛，王宗磊

(長慶油田分公司機(jī)械制造總廠，陜西 西安 710201)

能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要元素，可對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。在各種能源當(dāng)中，石油是一種相當(dāng)重要的能源，需要對(duì)其進(jìn)行良好的發(fā)展利用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在石油的采集過程中，抽油泵是一個(gè)相當(dāng)重要的部分，其屬于油田能耗的重要組成部分之一，需要充分合理的降低抽油機(jī)的能耗，提升其運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的有效利用。本文對(duì)抽油機(jī)的節(jié)能拖動(dòng)裝置進(jìn)行了技術(shù)的分析；對(duì)抽油泵的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了分析；另外，對(duì)未來發(fā)展當(dāng)中抽油泵的節(jié)能技術(shù)做出了新構(gòu)想。

抽油泵；節(jié)能；構(gòu)想

在我國的能源領(lǐng)域當(dāng)中，石油是一個(gè)相當(dāng)重要的組成部分，可以為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平發(fā)揮巨大的作用。要達(dá)到抽油泵的有效節(jié)能，可以利用自然界的能源，如風(fēng)力裝置等，而抽油泵中的雙饋發(fā)電就是專門利用風(fēng)力能源達(dá)到節(jié)能目的的重要裝備。這一裝置在整體結(jié)構(gòu)當(dāng)中和常見的感應(yīng)發(fā)電機(jī)沒有太大差別，可以實(shí)現(xiàn)利用風(fēng)能裝置來進(jìn)行有效節(jié)能，還不會(huì)產(chǎn)生其它的問題。

1 抽油機(jī)節(jié)能拖動(dòng)裝置的節(jié)能技術(shù)

在抽油機(jī)的節(jié)能拖動(dòng)裝置原理當(dāng)中，由于利用了風(fēng)能發(fā)電，因此可以相對(duì)傳統(tǒng)的運(yùn)行節(jié)約45%～50%左右的能源，進(jìn)而對(duì)抽油機(jī)設(shè)備產(chǎn)生一系列的節(jié)能影響，比如電、機(jī)以及液系統(tǒng)等，最終從根本上取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。在抽油機(jī)節(jié)能拖動(dòng)裝置的應(yīng)用過程當(dāng)中，主要利用拖動(dòng)裝置來對(duì)普通的電機(jī)拖動(dòng)進(jìn)行取代，可以達(dá)到節(jié)約電力15%～30%的效果的同時(shí)，還可以有效的提升系統(tǒng)自身的效率。在系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的過程當(dāng)中，可以更好的防止減速箱的打齒現(xiàn)象，減輕桿當(dāng)中存在的應(yīng)力，并且也可以有效的減少停機(jī)時(shí)間和作業(yè)費(fèi)用，延長設(shè)備的使用壽命，最終獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 抽油泵的節(jié)能技術(shù)

2.1 節(jié)能技術(shù)原理

在進(jìn)行技術(shù)節(jié)能的方面當(dāng)中，本文主要利用變頻調(diào)速技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)的有效技能方式，利用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的控制，從而對(duì)抽油機(jī)的上下沖程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的監(jiān)測(cè)，并且在電機(jī)當(dāng)中所產(chǎn)生的負(fù)載實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤的現(xiàn)象，充分的對(duì)電機(jī)的能量進(jìn)行有效的控制，提升其有功功率，減少無功消耗，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，另外還可以對(duì)抽油機(jī)的沖程系數(shù)和上下沖程速比進(jìn)行有效的調(diào)整，保證其參數(shù)正常運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中提升抽油泵本身的系數(shù)，提高抽油泵的生產(chǎn)效率，最終實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)量的目標(biāo)。

2.2 節(jié)能技術(shù)的可行性計(jì)算分析

在對(duì)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行可行性計(jì)算的過程當(dāng)中，需要對(duì)電機(jī)的節(jié)能潛力進(jìn)行充分的考慮，一部分需要保證節(jié)約有功，另外一部分需要在節(jié)約無功的情況下最大限度的提升電機(jī)功率因數(shù)。在節(jié)能的過程當(dāng)中需要充分提升抽油泵的生產(chǎn)效率，可以對(duì)排液量進(jìn)行增加，在抽油泵的角度當(dāng)中主要是利用對(duì)抽油泵的工作沖次和上下的沖程速比來進(jìn)行有效的實(shí)現(xiàn)的，在本文當(dāng)中根據(jù)某個(gè)區(qū)塊的油田來對(duì)實(shí)際做出研究，充分利用變頻調(diào)速的方式來實(shí)現(xiàn)節(jié)能增產(chǎn)的效果。

首先需要對(duì)工作的沖次實(shí)現(xiàn)有效的降低，在該油田當(dāng)中，機(jī)井目前的產(chǎn)量是相對(duì)較低的，抽油泵自身的工作效率相對(duì)不高，因此可以對(duì)工作沖次實(shí)現(xiàn)有效的降低，對(duì)電機(jī)當(dāng)中的輸入功率進(jìn)行有效的降低控制，從而達(dá)到節(jié)約有功的現(xiàn)象，在該油田當(dāng)中，將沖次把原來的每分鐘6次降低到每分鐘5次，并且對(duì)上下的沖程速比進(jìn)行了調(diào)整，從而增加液體進(jìn)入到抽油泵的時(shí)間，對(duì)上行下行的頻率也進(jìn)行了調(diào)整，上行調(diào)整為32Hz，下行調(diào)整為40Hz。在該油田當(dāng)中的上下沖程都是利用基頻以下的調(diào)速，可以稱之為恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速現(xiàn)象。在本文當(dāng)中主要對(duì)上下沖程的扭矩進(jìn)行研究，上下沖程內(nèi)部的均方根扭矩Mc用實(shí)際變化的扭矩來進(jìn)行表示，在一定的情況下，均方根的扭矩大小是不變的，因此其中的M也可以當(dāng)做不變的情況來做出處理。在該油田當(dāng)中，扭矩的大小在一定的情況下，抽油電機(jī)本身的輸入功功率用P來進(jìn)行表示，轉(zhuǎn)速用n來進(jìn)行表示，兩者之間存在著正比的關(guān)系。電機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率也是呈現(xiàn)出正比的關(guān)系，如果其中的頻率產(chǎn)生了下降的關(guān)系，電機(jī)當(dāng)中的輸入功率就會(huì)在一定程度上得到降低。

根據(jù)上述的表達(dá)，調(diào)整輸入功率P=KMn，其中K表示的是比例常數(shù)，M表示的是轉(zhuǎn)矩，n表示的是電機(jī)的轉(zhuǎn)速。經(jīng)過調(diào)整之后的輸入功率用P’來進(jìn)行表示，公式為：P′=工頻的頻率×Psr。

其次，還可以對(duì)工作的沖次進(jìn)行提升，如果當(dāng)抽油泵本身在低沖次的情況下需要進(jìn)行一段時(shí)間的運(yùn)行，才可以使得抽油泵當(dāng)中的供液得到有效的緩解，動(dòng)液面當(dāng)中就會(huì)產(chǎn)生回升的效果，抽油泵當(dāng)中的充滿情況就會(huì)變得良好，從而提升抽油泵的工作效果，提升抽油泵的生產(chǎn)效率。在這個(gè)過程當(dāng)中需要對(duì)抽油泵自身的工作制度作出調(diào)整，在提升工作沖次的同時(shí)，對(duì)抽油泵自身的生產(chǎn)效率作出提升，并且對(duì)其中產(chǎn)生的能耗進(jìn)行較低，降低所產(chǎn)生的資源能量，最終得到提升產(chǎn)量的效果。在節(jié)能的過程當(dāng)中，如果將抽油泵自身的工作效率提升到80%的話，抽油機(jī)中的沖次就可以調(diào)整到7.5次，并且對(duì)上下的沖程速比進(jìn)行調(diào)整。比如上行的頻率調(diào)整到50Hz、下行的頻率調(diào)整到70Hz的話，上行和下行的時(shí)間分別調(diào)整為4.5秒和3.5秒。

另外，如果現(xiàn)有階段工作沖次不變的情況下，對(duì)上行下行的沖程速比進(jìn)行調(diào)整，也可以實(shí)現(xiàn)有效減少能耗的效果。在該油田當(dāng)中含油量是相當(dāng)少的，并且油井本身的漏失現(xiàn)象也相對(duì)嚴(yán)重，因此需要保持原先沖次不變的情況下，對(duì)該油田當(dāng)中的上行下行的沖程時(shí)間進(jìn)行改變，將上行沖程的時(shí)間變?yōu)?秒，下行沖程的時(shí)間改變?yōu)?秒。利用對(duì)抽油泵當(dāng)中的電機(jī)上下沖程的輸入頻率進(jìn)行改變來實(shí)現(xiàn)有效的節(jié)能效果。利用此種方式下的上行沖程頻率升高的情況下，電機(jī)自身的轉(zhuǎn)速就會(huì)得到升高，因此電機(jī)的額定功率不能超出電機(jī)的額定功率，從而在提升電機(jī)的輸入功率的同時(shí)還可以保證電機(jī)不會(huì)遭到損壞。根據(jù)上述的表達(dá)，可以對(duì)經(jīng)過調(diào)整之后的上行沖程功率進(jìn)行有效調(diào)整，保證電機(jī)自身不會(huì)受到損壞，在上沖程功率的增加情況下，對(duì)上沖程時(shí)間進(jìn)行減少，保證下沖程的功率降低，保證耗電量不會(huì)得到減少。如果抽油泵自身的上行速度比較快的話，游動(dòng)閥就會(huì)得到迅速的關(guān)閉，在很大程度上減少抽油泵的漏失情況，提升抽油泵的工作效率。

3 抽油泵的節(jié)能新構(gòu)想

在上文當(dāng)中對(duì)抽油泵的使用方式和原理進(jìn)行了分析，也就是利用雙饋發(fā)電機(jī)組來組成大型的發(fā)電機(jī)裝置，從而實(shí)現(xiàn)逐漸向抽油泵來進(jìn)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)效果，從而對(duì)由于風(fēng)力轉(zhuǎn)換過來的電力進(jìn)行有效的補(bǔ)充，最終達(dá)到節(jié)能的目的。在應(yīng)用抽油泵進(jìn)行工程應(yīng)用的過程當(dāng)中，需要進(jìn)行以下幾個(gè)步驟：

首先需要將抽油泵安裝在室外的曠野當(dāng)中，捕捉自然風(fēng)力，將風(fēng)力資源作為動(dòng)力的來源，從而達(dá)到節(jié)能目的，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)化發(fā)展。

由于抽油泵屬于一種離散型的設(shè)備，在采集石油的過程中需要電力設(shè)備對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)的供電，采用風(fēng)力發(fā)電很大程度上減少了系統(tǒng)的開發(fā)難度和費(fèi)用。

另外，抽油泵屬于一種穩(wěn)定性相對(duì)良好的設(shè)備，在容量恰當(dāng)?shù)呐涮自O(shè)備裝置的配合之下，很快會(huì)實(shí)現(xiàn)投資的回報(bào)，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文所闡述風(fēng)力發(fā)電裝置進(jìn)在很大程度上減少對(duì)設(shè)備的造價(jià)，并且還能實(shí)現(xiàn)恒壓頻比的供電，對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)有效的驅(qū)動(dòng)，從而在運(yùn)行方面達(dá)到理想的狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)本身的優(yōu)化也造成了積極的影響。

抽油泵變頻調(diào)速之后通過技術(shù)增產(chǎn)的方式，對(duì)抽油泵的工作效率進(jìn)行大幅度提升，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)能的效果。如果油田本身的產(chǎn)量提升率按照16.05%計(jì)算，平均節(jié)電率可達(dá)到25.4%，經(jīng)過計(jì)算可以對(duì)該油田的經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行有效的計(jì)算。

在增產(chǎn)以及耗電量的費(fèi)用方面，如果單井的油田平均每天的產(chǎn)量是0.131噸，有效的生產(chǎn)天數(shù)按照350天進(jìn)行計(jì)算，則在經(jīng)過變頻調(diào)速改造之后，產(chǎn)值可以達(dá)到0.131噸×1800元×350天=82530元。

在設(shè)備的消耗方面，可以利用原先的電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，并且還需要購置PLC控制器和單片機(jī)。在利用變頻調(diào)速的方式下，在設(shè)備自身的投資方面是相對(duì)較大的，但是可以在很大程度上節(jié)約電能的消耗的同時(shí)，保證石油的產(chǎn)量，從經(jīng)濟(jì)效益的角度方面來說，經(jīng)濟(jì)的成本消耗回收時(shí)間是相對(duì)較高的。另外，在電子技術(shù)的不斷發(fā)展過程當(dāng)中，變頻器以及單片機(jī)等設(shè)備價(jià)格也趨于不斷下降的狀態(tài)。

4 結(jié)語

綜上所述，在對(duì)石油能源抽油泵的節(jié)能過程中，需要在地面設(shè)備方面加大對(duì)其的挖掘力度，對(duì)新興節(jié)能產(chǎn)品的研發(fā)投入更大的力度。結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，來擴(kuò)大節(jié)能設(shè)備的推廣和應(yīng)用力度。在未來的研究過程當(dāng)中，還需要對(duì)井下的部分進(jìn)行充分的研究，充分的加強(qiáng)高效氣錨的研究和應(yīng)用，從根本上提升抽油機(jī)的節(jié)能效率。

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