邱偉,李濤,王喜軍
(中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機(jī)械制造分公司,遼寧 盤錦 124010)
近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,對(duì)能源需求量越來(lái)越高,尤其對(duì)石油資源進(jìn)行了大力開(kāi)發(fā),這樣就進(jìn)一步提升了相關(guān)機(jī)械設(shè)備的使用頻率。現(xiàn)階段,對(duì)石油資源進(jìn)行開(kāi)采的過(guò)程中,抽油機(jī)這個(gè)機(jī)械設(shè)備必不可少,但是,在對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行應(yīng)用過(guò)程中消耗大量的能源,這種設(shè)備在運(yùn)行功率上也比較大,所以會(huì)消耗較多的資金。要想節(jié)約資源,減少資金投入,做好節(jié)能降耗工作,需要對(duì)抽油機(jī)給予高度關(guān)注,應(yīng)用有效的節(jié)能降耗技術(shù),減少抽油機(jī)能耗,以此推進(jìn)油田開(kāi)發(fā)工作的全面開(kāi)展,提升石油資源的開(kāi)發(fā)質(zhì)量。
在采油成本中,抽油機(jī)設(shè)備能耗占據(jù)著較高的比重,對(duì)采油工作進(jìn)行開(kāi)展的過(guò)程中,主要能耗表現(xiàn)在向井下注水的過(guò)程中,為了能夠提高油層的高度,往往需要消耗大量的能源?,F(xiàn)階段,抽油機(jī)配備的電動(dòng)機(jī)總?cè)萘考s為3500mw,每年耗電量巨大,需要以百億千瓦時(shí)進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于我國(guó)抽油機(jī)來(lái)說(shuō),其運(yùn)行效率僅能夠達(dá)到25.96%。可以得知,抽油機(jī)節(jié)能改造勢(shì)在必行。在油田能耗中,輸油泵以及潛油泵等也占據(jù)著較大的能耗比例。針對(duì)油田系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)工程中,尤其要對(duì)抽油設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行改造,通過(guò)取得滿意的節(jié)能效果,才能夠促進(jìn)油田的健康發(fā)展。目前,我國(guó)對(duì)于抽油機(jī)以及相關(guān)輔助設(shè)備作出了相應(yīng)的改造和創(chuàng)新,也對(duì)不同類型的節(jié)能抽油機(jī)進(jìn)行了研究,并且,對(duì)節(jié)能控制箱以及電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了研究,這對(duì)抽油機(jī)節(jié)能降耗奠定了基礎(chǔ)。
通過(guò)分析能量守恒定律可知,能量不會(huì)無(wú)緣無(wú)故減少,也不會(huì)憑空產(chǎn)生,所以說(shuō),抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)功率與給定能量、損失能量存在著密切的聯(lián)系。如果想對(duì)抽油機(jī)的功率進(jìn)行提升,需要對(duì)能量損失進(jìn)行有效減少。經(jīng)過(guò)分析抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可知,抽油機(jī)的能量損失一般和盤根盒、電機(jī)熱量損失以及減速箱息息相關(guān),這些位置的摩擦又或者是形變都會(huì)造成能量損失,即使這部分損失值不大,但是,通過(guò)疊加也會(huì)占據(jù)很大比例,所以需要針對(duì)各個(gè)組成部分進(jìn)行深入的研究,盡可能減少能量損失,提升系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。
通過(guò)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),對(duì)于抽油機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),在運(yùn)行效率方面與抽吸參數(shù)有著密切的聯(lián)系。當(dāng)外界環(huán)境相同的情況下,經(jīng)過(guò)減少抽油機(jī)沖次內(nèi)容,在很大程度上能夠?qū)Τ橛蜋C(jī)系統(tǒng)效率進(jìn)行提升。在具體采油的過(guò)程中,應(yīng)該優(yōu)先考慮長(zhǎng)沖程、低沖次以及大口徑的抽油機(jī),這樣能夠在實(shí)際工作中減少能耗,系統(tǒng)的運(yùn)行效率也能夠得到提升。
對(duì)于油田進(jìn)行開(kāi)發(fā)的過(guò)程中,針對(duì)機(jī)械設(shè)備需要做好管理工作,這樣能夠在整體上提升機(jī)械設(shè)備運(yùn)行效率。在石油資源進(jìn)行開(kāi)采的過(guò)程中,如果地面部分未能夠得到科學(xué)管理,在很大程度上會(huì)導(dǎo)致抽油機(jī)系統(tǒng)損失增加,不利于抽油機(jī)運(yùn)行效率的提升,從而導(dǎo)致能源消耗過(guò)大。對(duì)地面情況進(jìn)行管理時(shí),應(yīng)該對(duì)各方面的實(shí)際情況進(jìn)行有效控制,比如,舉升高度要合理,保證抽油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行,減少能源損失。
在現(xiàn)階段來(lái)看,對(duì)于抽油機(jī)能耗問(wèn)題,很大一部分原因與管理不當(dāng)相關(guān),這部分因素是可以完全避免的,通過(guò)優(yōu)化管理方式能夠降低能耗,提升抽油機(jī)工作效率。
在現(xiàn)階段來(lái)看,在油田中,游梁式抽油機(jī)比較常用,這種類型的抽油機(jī)性能比較穩(wěn)定。由于大部分游梁式抽油機(jī)未能夠達(dá)到使用壽命期限,如果更換為節(jié)能型抽油機(jī),將會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)。對(duì)于游梁式抽油機(jī)來(lái)說(shuō),通過(guò)平衡效果能夠取得一定的節(jié)能降耗效果,在具體改造時(shí),一般會(huì)對(duì)其進(jìn)行異相游梁平衡,這樣可以對(duì)原油機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行保留,在改造之后,抽油機(jī)減速器的工作扭矩也會(huì)隨著泵徑的減小而減小,可以滿足小泵深抽的要求。在改造之后,不僅抽油機(jī)能夠取得滿意的節(jié)能降耗效果,同時(shí),對(duì)相關(guān)零部件的使用年限也能夠進(jìn)行延長(zhǎng)。
對(duì)于下偏杠鈴式抽油機(jī)來(lái)說(shuō),主要工作原理為復(fù)合平衡原理,經(jīng)過(guò)調(diào)徑變矩能夠取得滿意的游梁平衡效果,在具體改造過(guò)程中,一般以常規(guī)抽油機(jī)為前提。在游梁式抽油機(jī)游梁尾部,可以設(shè)置一個(gè)杠鈴,而杠鈴則要具有一定的重量,達(dá)到一定的下偏角度,將杠鈴中心出于游梁支撐中心以下。對(duì)于杠鈴來(lái)說(shuō),主要組成由多個(gè)圓形鑄件,與軸、游梁連接在一起。在改造時(shí),可以利用連桿、支架、橫梁以及變速箱等設(shè)備的空間,優(yōu)先考慮使用原有部件以及結(jié)構(gòu),這樣可以對(duì)改造工作量進(jìn)行減少,還能夠節(jié)約成本。
對(duì)于雙驢頭式抽油機(jī)來(lái)說(shuō),通過(guò)改變抽油機(jī)扭矩因素,能夠增強(qiáng)平衡效果,在具體改造的過(guò)程中,針對(duì)游梁后臂的長(zhǎng)度要進(jìn)行控制,如果負(fù)載比較大,那么平衡力距也就比較大,如果平衡力矩較小,此時(shí),負(fù)載也比較小。對(duì)于雙驢頭抽油機(jī)來(lái)說(shuō),通過(guò)在原有的基礎(chǔ)上設(shè)置后驢頭,可以作為四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)改造,柔性連接結(jié)構(gòu)連接于油梁以及橫梁,變化連桿長(zhǎng)度,變化曲柄轉(zhuǎn)角,這樣的四桿結(jié)構(gòu)可以滿足新型動(dòng)力抽油機(jī)的要求。當(dāng)這種類型的抽油機(jī)在實(shí)際工作中,載荷扭矩曲線比較接近正弦變化,而曲柄平衡扭矩曲線與余弦變化規(guī)律比較貼近,這兩者的變化規(guī)律是相反的,能夠相互抵消,以此能夠減少曲柄凈扭矩的波動(dòng),最終能夠起到節(jié)能降耗的效果。
對(duì)于抽油機(jī)中的電動(dòng)機(jī)而言,在運(yùn)行的過(guò)程中,輕載維持的時(shí)間較多,這樣就會(huì)造成電能浪費(fèi)。對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造時(shí)。
(1)針對(duì)常規(guī)Y系列電動(dòng)機(jī),可以對(duì)其高扭矩進(jìn)行適當(dāng)改造。在實(shí)際改造時(shí),線圈匝數(shù)應(yīng)該合理地減少,對(duì)導(dǎo)線截面積進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)大,這樣可以對(duì)電動(dòng)機(jī)扭矩進(jìn)行增大,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)度也能被提升。在這樣的改造方法下,費(fèi)用相對(duì)較低,不過(guò)也存在一定的局限性,由于匝數(shù)減少,將會(huì)造成激磁電流增大,對(duì)節(jié)能效果會(huì)產(chǎn)生不利影響。
(2)針對(duì)常規(guī)電動(dòng)機(jī)實(shí)施永磁性改造。對(duì)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子需要更換,使用永磁鐵轉(zhuǎn)子進(jìn)行代替,轉(zhuǎn)子自身次磁場(chǎng)的強(qiáng)度較大,電動(dòng)機(jī)功率的因數(shù)能夠被提升,定子電流以及定子電阻可以被有效減少功率損耗。對(duì)于永磁電動(dòng)機(jī)而言,其改造資金比較多,不過(guò),所取得的節(jié)能效果比較理想,在啟動(dòng)力矩以及過(guò)載能力時(shí),有著較明顯的優(yōu)勢(shì)。
(3)針對(duì)常規(guī)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō),可以對(duì)雙繞組進(jìn)行改造,合理地調(diào)整原定子線圈,使其存在形式為單槽內(nèi)雙線圈,具有兩套繞組,一組為啟動(dòng)繞組,另一組為工作繞組,這樣能夠具有啟動(dòng)功率以及運(yùn)行功率的特性,進(jìn)而滿足抽油機(jī)啟停需求。在整個(gè)控制系統(tǒng)中,還要對(duì)Y-△轉(zhuǎn)換進(jìn)行使用,結(jié)合負(fù)載的具體需求,對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率進(jìn)行切實(shí)轉(zhuǎn)換,經(jīng)過(guò)兩套繞組調(diào)整為△形式,這樣可以在處于50%負(fù)載率的情況下,滿足抽油機(jī)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方面的需求,在負(fù)載率低于30%情況下,繞組可以調(diào)整為Y形,在抽油機(jī)負(fù)載的變化下,電動(dòng)機(jī)的功率也會(huì)隨之改變,可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。
對(duì)抽油機(jī)配電箱進(jìn)行改造時(shí),一般可以從兩方面著手:(1)在改造配電箱改時(shí),需要圍繞抽油機(jī)負(fù)載變化,對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié);(2)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償控制箱進(jìn)行改造,以此提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù),提升供電質(zhì)量。對(duì)于控制箱來(lái)說(shuō),主要是利用單片機(jī),根據(jù)抽油機(jī)負(fù)載的變化對(duì)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)切換,讓電動(dòng)機(jī)端的電壓能夠與負(fù)載變化相適應(yīng),使得抽油機(jī)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。除此之外,對(duì)于可控硅控制、微處理器采樣要進(jìn)行無(wú)觸點(diǎn)切換,即使處于Y或者△連接狀態(tài)下,抽油機(jī)也能正常工作,這樣控制箱的工作壽命可以被延長(zhǎng)。就調(diào)壓控制箱而言,其節(jié)電原理主要是在電動(dòng)機(jī)輕載的狀態(tài)下,對(duì)電動(dòng)機(jī)端的電壓進(jìn)行降低,使得磁通量被減少,這樣可以提升電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率,而不需要改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,減小了輸出扭矩,電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率得到了減小。對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償控制箱而言,在電動(dòng)機(jī)輸入端,經(jīng)過(guò)對(duì)一系列電容器進(jìn)行并聯(lián),借助微處理器,可以對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié),進(jìn)一步優(yōu)化電動(dòng)機(jī)功率的因數(shù)。
對(duì)于抽油機(jī)來(lái)說(shuō),在正式投入使用之前,相關(guān)人員應(yīng)該對(duì)抽油機(jī)的運(yùn)行效率進(jìn)行充分的把握,使其在采油過(guò)程中能夠發(fā)揮應(yīng)有的效果,根據(jù)抽油機(jī)的具體配置情況,需要對(duì)電動(dòng)裝置進(jìn)行合理的安裝,還要對(duì)抽油機(jī)中的電動(dòng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行改造,盡可能降低抽油機(jī)運(yùn)行方面的問(wèn)題發(fā)生概率,在此基礎(chǔ)上,企業(yè)也應(yīng)該根據(jù)實(shí)際工作需求,對(duì)抽油機(jī)裝置進(jìn)行合理的選取,在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,確保能源咨詢的消耗量得到有效減少,針對(duì)抽油機(jī)中的電動(dòng)機(jī)性價(jià)比也應(yīng)該進(jìn)行提升,這樣能夠保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。除此之外,對(duì)于電動(dòng)機(jī)裝置進(jìn)行合理應(yīng)用,也能夠有效地控制抽油機(jī)運(yùn)行模式;對(duì)抽油機(jī)運(yùn)行電容進(jìn)行合理的補(bǔ)償,在根本上能夠降低抽油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的能源損耗。
在抽油機(jī)組成中,皮帶是重要的組成部分之一,在傳送皮帶運(yùn)行的過(guò)程中,將會(huì)影響抽油機(jī)運(yùn)行效率,如果傳送皮帶長(zhǎng)時(shí)間處于運(yùn)行狀態(tài),在很大程度上容易出現(xiàn)故障,進(jìn)而影響抽油機(jī)的運(yùn)行效果。要想對(duì)此進(jìn)行改善,需要對(duì)傳統(tǒng)的傳送帶進(jìn)行更換,一般可以采用窄型v帶,確保傳送皮帶的大小輪保持四點(diǎn)一線的狀態(tài),在這樣的方式下,皮帶的松緊度能夠得到有效的保證,還可以減少皮帶傳送的能量損失,進(jìn)一步提升了抽油機(jī)節(jié)能效果。對(duì)于盤根盒來(lái)說(shuō),也需要進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。在使用不同的潤(rùn)滑油時(shí),能源損耗方面存在很大差異。一般來(lái)說(shuō),可以使用石墨烯類的材料,這樣能夠起到節(jié)能效果。
在抽油機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中,系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行模式具有很大的影響。為了能夠改善抽油機(jī)節(jié)能效果,需要針對(duì)抽油機(jī)配備相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)備,根據(jù)機(jī)采系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況分析電壓變化,在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)采設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過(guò)加大機(jī)采系統(tǒng)設(shè)備的控制力度,可以取得一定的節(jié)能降耗效果。通過(guò)合理地提升油氣采集速率,也能夠節(jié)約能耗。
在采集油氣的過(guò)程中,如果出現(xiàn)地層供油不足的情況,此時(shí),可以利用機(jī)采設(shè)備系統(tǒng),以此保證油氣采集工作的順利開(kāi)展,確保抽油機(jī)運(yùn)行的連續(xù)性,避免重啟抽油機(jī)造成能源損失。
為了能夠?qū)Τ橛蜋C(jī)整體的節(jié)能效率進(jìn)行提升,對(duì)抽油機(jī)操作人員需要強(qiáng)化他們的節(jié)能意識(shí),在實(shí)際工作中,能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行全方位的掌握,確保相關(guān)人員根據(jù)具體的流程規(guī)定科學(xué)操作抽油機(jī),使抽油機(jī)能夠在石油開(kāi)采中實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的價(jià)值。不僅如此,對(duì)抽油機(jī)操作人員也要進(jìn)行培訓(xùn),使其節(jié)能意識(shí)得到進(jìn)一步強(qiáng)化,提升他們的專業(yè)技術(shù)水平,在節(jié)能降耗方面發(fā)揮積極的作用。在抽油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,如果出現(xiàn)問(wèn)題,相關(guān)人員能夠應(yīng)用自身掌握的理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題,保證抽油機(jī)整體運(yùn)行效率得到提升。
對(duì)于采集作業(yè)來(lái)說(shuō),需要有不同專業(yè)的人員共同負(fù)責(zé),采集作業(yè)還不能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動(dòng)化,這就要求相關(guān)工作人員對(duì)操作流程進(jìn)行全面掌握。在節(jié)能降耗方面,需要將相關(guān)培訓(xùn)工作落到實(shí)處,使作業(yè)人員能夠掌握相關(guān)知識(shí),規(guī)范自己的行為,對(duì)不同作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,科學(xué)調(diào)整作業(yè)狀態(tài),尤其要對(duì)無(wú)關(guān)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)關(guān)停,這樣能夠減少能源損耗。
綜上所述,對(duì)于抽油機(jī)來(lái)說(shuō),為了能夠取得滿意的節(jié)能降耗效果,需要充分地認(rèn)識(shí)到抽油機(jī)節(jié)能降耗的相關(guān)影響因素,立足于抽油機(jī)實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行針對(duì)性的改造,積極應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù),在此基礎(chǔ)上,也需要做好抽油機(jī)設(shè)備管理工作,確保每個(gè)環(huán)節(jié)都能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。除此之外,企業(yè)也需要對(duì)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行充分的掌握,結(jié)合采油工作的實(shí)際情況,制定可行的節(jié)能方案,以此保證抽油機(jī)取得滿意的節(jié)能效益。