第23卷, 总第130期2005年3月, 第2期
5节能技术6
E NERGY CONSERVATI ON TECHNOLOGY
Vol. 23, Sum. No. 130
Mar. 2005, No. 2
谈谈提高抽油机系统效率的几点体会
王同义, 闫敬东, 董明霞, 付 涛
(中国石化胜利油田有限公司技术检测中心, 山东东营257000)
摘 要:针对抽油机的特殊工况, 分析了近几年国内在抽油机上应用的各类节能产品的特点, 指出了影响抽油机系统效率的最主要因素; 根据主要因素优选了新的节能技术(新研制的抽油机专用永磁电动机、抽油机专用自动调压变压器、超低速电机) 在497口井上进行了试验, 试验结果说明:只有对影响抽油机系统效率的主要因素进行整体改造, 而不是单一节能技术的应用, 才是提高系统效率的最有效途径。
关键词:抽油机; 永磁电动机; 变压器; 系统效率; 节能
中图分类号:TE9331+1 文献标识码:B 文章编号:1002-6339(2005) 02-0188-03
Problems on Improving S ystem Efficiencies for Beam Pumping Units
W ANG Tong-yi, YAN Jing-dong, DONG Ming-xia, FU Tao (TechnicalTest Center, Shengli Petroleum Co. Ltd. , Dongying 257000, China)
Abstract:Characteristics of various types of energy -saving products which were utilized recently in beam pumping units were analyzed. Principal factors to influence the system efficiencies of bea m pumping units were found. New types of technique based on such factors, suc h as special permanent-ma gnet motors and automatic volta ge regulation transformer for beam pumping units, ultra-lo w speed motors, were tested in 497oil wells. The field tests showed that the most effective approach to improve the system efficiencies of beam pumping units was to renovate the principal factors integrally and synchronously, not separately.
Key words:bea m pumping unit; permanent-magnet motor; transformer; system efficiency; energy saving 近几年我们胜利油田为了提高抽油机的系统效率, 应用了一些新的节能产品和节能技术, 对影响抽油机系统效率的主要设备进行了综合技术改造, 先后有2000多口油井进行了改造, 并对497口油井进行了改造前后跟踪测试(平均系统效率由原来的22. 37%提高到30. 29%, 平均提高7. 92个百分点) ; 每年为油田节约电费约1500万元。通过对综合节能技术的研究、试验、推广, 测试结果的统计分析, 我们对如何最有效的提高抽油机系统效率有如下体会。
收稿日期 2004-09-06 修订稿日期 2004-12-04作者简介:王同义(1956~) , 男, 本科, 高级工程师。
1 影响抽油机系统效率的因素
有关理论研究和实际证明影响抽油机系统效率的因素如表1。
表1所列数据为理想数据, 实际上有些设备的效率由于技术落后、设备陈旧、工艺不合理等多种原因而达不到表中数据, 对这部分设备进行综合技术改造可以明显提高抽油机的系统效率; 而另有一些设备目前还没有新技术、新材料的应用, 这部分设备改造后抽油机系统效率提高甚微。近二年我们的实际应用、测试和分析研究证明, 目前的技术水平提高
抽油机系统效率有潜力的主要因素是:
表1 抽油机各部分效率统计表
地面设备设备名称 电动机 传送带 齿轮箱
效率, %809091
地面效率, G 地上
地下设备设备名称
62. 24%
盘根盒 抽油杆柱
效率, %9090
地下效率, 抽油机总G 地下
效率, G
1. 1 地面因素
A. 抽油机拖动系统的/大马拉小车0现象
目前还有很多井使用50kVA 或100kVA 的变压器一对一拖动37kW 、45kW 、55kW 的Y 系列异步电动机。容量大, 自身损耗大, 导致系统效率降低。我们对某采油厂的497口油井进行了摸底统计, 见表2。由表2可以看出, 37kW 以上的电动机占80%以上, 变压器容量大于50kVA 的占100%。
61. 56%38. 31%
抽油泵效率80油管柱效率95
四连杆机构95
表2 油井改造措施
序号
采取措施
原设备
数量, 台[**************]台
额定容量, kVA 1006350
12613347
25~30365~75
额定容量, kVA 30~633030
新研制抽油机专用自动调压变压器, 可以保证电动机在额定电压下启动; 极大的提高了电动机的启动转矩; 使变压器的容量、电动机的功率大幅下降; 自身损耗下降。变压器分接开关9档位可适应电网电压波动范围大(? 10%)的要求, 提高了供电质量, 保证了永磁电动机呈容性负载状态工作; 最大限度的解决了国内石油行业/大马拉小车0的问题。
优化设计、操作方便、简单实用, 维护方便。
对低产液量井冲次减少到原状态的1/2~1/4,电机作功减少到原状态的1/2左右, 节电效果特别明显; 泵的充满系数有较大幅度
对低产液量井使用4
超低速电机(齿轮减速电动机)
4~6
95
19. 11
1~2
提高;
电机额定功率可以下降4~5个等级;
冲次的减少还可以减少抽油杆泵的磨损, 进而延长作业周期, 节约大量的作业费用;
是取代价格昂贵的变频器及其他调速电机的最佳产品; 日产液量在6t 以下的油井占19. 11%, 6. 1~10t 的油井占8. 83%。
占百分数, %15. 8927. 9636. 4114. 285. 43
新设备额定功率,
kW
302215
特 点
新研制的永磁电动机自身损耗比Y 系列异步电动机小0. 5kW; 运行电流可从50A 左右降到15A 左右; 启动转矩达3. 2倍以上, 新系统的电机启动力矩比原来的55kW 电动机还大; 功率因数达0. 9以上, 且可程容性负载工作, 相当于增加了电容补偿, 进而减少线路损耗。
1
用新研制额定功率,
kW 的抽油机
55
专用永磁
45
电机更换
37
旧电机
30
22
小计用抽油机专用自动调压变压
2
器更换普通变压器
小计:486台; 新的63kVA 的11台, 30kV A 的475台
3
更换控制柜
种类繁杂冲次
497台
100
无线遥控冲次
B. 维修后的电动机和变压器质量不达标
55kW 电动机空载损耗国标约为1. 4kW 。我们抽测过2个采油厂的30台维修后的电动机, 结果是一个采油厂平均达2. 6kW, 另一个采油厂平均达到3. 6kW 。
C. 低产液量井
通过对某采油厂的497口井的数据统计可知, 有19. 11%的井因供液不足导致抽油泵的充满系数小于20%。这种井的冲次, 每分钟1次~2次就可满足生产工艺的需要, 但目前因电机最低速度和皮带轮的最小包角限制, 最小冲次仅仅可以调到4次/min, 若要再降低电动机的皮带轮直径, 则皮带会出现打滑。导致系统多作一倍的无用功, 效率严重降低。
1. 2 地下因素
由于地面部分不能根据抽油机的工艺需要减少抽油机冲次, 使得约占20%油井的抽油泵充满系数低于20%。充满系数低导致泵效低, 进而导致抽油机系统效率低。1. 3 管理因素
A. 有些严重漏失、断脱等不正常的井不能及时发现, 及时作业, 导致抽油机空抽。
B. 动液面在井口的井, 不能及时调整参数把液面抽下去。
C. 抽油机工况的变化, 导致平衡度变化, 不能及时测试、及时调整。抽油机平衡度合格率小于60%。
D. 供电质量不合格, 有些额定电压380V 电动机, 实际工作电压达440V, 高出额定电压15%。导致电动机自身损耗加大本身效率下降约3%。变电所出口电压高, 而末端电压低(造成电机启动困难) 。
E. 对节能产品和节能技术的认识不清, 使用所谓的节能产品, 实际上并不节电。
以上7种类型的节能控制柜, 我们在井场进行过统一测试, 从测试结果和井场试用情况可知, 都有一个共性, 在电机负载率低于10%时有一定的节电效果, 负载率稍有增加, 就看不出节电效果; 使用电子线路, 技术复杂程度都很高, 井场电工维护不了; 野外春、夏、秋、冬风吹日晒温差的变化使运行的稳定性和可靠性较差。实际测试和经验告诉我们, 目前这些控制柜对提高抽油机的系统效率的作用可以说微乎其微, 因此, 在抽油机上使用普通控制柜增加电机的保护功能即可。
2. 3 节能变压器
由于变压器的自身效率都很高(约98%) , 所以变压器自身效率对抽油机系统效率的影响极其微小。仅仅型号的更新而没有新技术含量的变压器, 对抽油机系统效率的提高也是极其微小的。要特别注意变压器厂家的一些误导, S11型30kVA 变压器比同容量S9型变压器空载损耗少30%(节电30%) , 而实际上仅仅30W, 30W 与抽油机的实际耗电10kW 相比, 仅占3j , 没有多大的实际意义。
2001年我们新研制的抽油机用双电压自动调压变压器, 该变压器虽然自身节电较少, 但可以使抽油机拖动系统节电明显, 其特点是:
保证电动机在额定电压下启动; 提高了电动机的启动转矩;
转矩的提高可降低变压器和电动机的功率1~3等级;
抽油机拖动系统节电效果明显; 抽油机系统效率明显提高;
最大限度的解决了国内石油行业抽油机/大马拉小车0的问题;
变压器一次侧分接开关9位8挡调节, 提高了供电质量, 保证了变电所的出口端和线路末端的抽油机的电动机都基本能在额定电压下工作。2. 4 抽油机减速装置
变频器:虽然改变输出频率可以使抽油机的冲次调整到2次以下, 但由于技术复杂程度高, 整体效率不高, 在抽油机井场不易使用。
机械减速轮:在抽油机电动机皮带轮和齿轮箱皮带轮之间增加一级机械减速轮, 这种减速装置非常简单, 只要调整轮径的大小, 就可以调整抽油机的冲次到1次/min。对产液量低的井, 增加减速装置后, 抽油机整体系统效率提高很明显。缺点, 井场安装麻烦, 增加一级皮带传送增加一部分损失。
(下转封三)
2 近几年节能技术和节能产品的种类
为了提高抽油机的系统效率, 大家研究最多的是电动机和控制柜, 而忽略了变压器和工艺参数对系统效率的影响。
2. 1 节能电动机有如下8种
双转子电机, 双功率电机, 电磁调速电机, 高转差电机, 双电机结构, 这5种电动机, 优缺点有关资料已进行过介绍, 目前在抽油机上使用都不是很理想的电动机。
直线电动机 优点:电机的旋转运动变成了直线运动, 电机支架取代了抽油机; 电机直接拖动抽油机杆上下往复运动, 省去了所有的减速传动设备; 占地面积较小。缺点:速度较低, 电机自身效率较低, 因此抽油机的整体效率也不会太高; 控制线路复杂, 产生谐波分量较大引起变压器的电压波形畸变; 价格较高。仅有数台在井场做试验。
磁阻电动机 优点:速度调整非常方便, 比较容易调整抽油机的冲次, 电机本身效率较高, 但控制柜、电动机合在一起测试效率不高。缺点:控制线路复杂, 产生谐波分量较大引起变压器的电压波形畸变; 噪声很大; 目前有小规模的试用。
永磁同步电动机 优点:效率高, 启动转矩大, 功率因数高, 运行电流很小。还有一个更重要的特性) ) ) 呈容性负载状态运行, 变压器的感性和电动机的容性可以互相补偿, 使高压侧线路的功率因数接近/10, 这一特性最大限度的减少线路损耗, 减少线路压降, 提高供电质量。缺点:负载率较低时, 功率因数受电压的影响较大。目前有一定规模的使用, 是目前最有发展前景的电动机。随着技术的不断进步、材料的不断更新, 相信永磁电动机将会在提高抽油机系统效率方面发挥更好的作用。2. 2 节能控制柜
目前常见的抽油机控制柜有:可控硅实时调压控制柜, 手动v -Y 控制柜, 单片机控制接触器切换的v -Y 控制柜, 单片机实时控制可控硅切换的v -Y 控制柜, 固定电容补偿柜, 单片机控制可控硅随即投切的电容补偿柜, 变频器控制柜。
求, 效益十分明显。稳, 风机轴承磨损减少, 延长了电机、风机的使用寿命和维修周期, 提高了风机的利用效率。
(3) 变频器自身保护功能完善, 同原来继电保护比较, 保护功能更多, 更灵敏, 大大加强了对电机的保护。
(4) 变频器同现场信号无缝接口, 满足生产的需要。变频器内置PLC, 现场信号接入灵活。
(5) 适应电网电压波动能力强。
(6) 同传统系统比较, 在加速期间大大削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承, 减少了机油对环境的污染, 使风机房的现场环境有了极大改善。
5 结论
与传统系统比较, 变频器调速系统有以下优点:(1) 运行稳定, 安全可靠。原系统大概40天左右就必须更换轴承, 带来巨大的经济损失。而变频调速系统具有免维护的特点, 只需定期清洗柜门上的通风滤网, 不用停机, 保证了生产的连续性。
(2)电动机实现了真正的软启动、软停运, 变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流, 降低了电机的故障次数。同时, 变频器设置共振点跳转频率, 避免了风机长期在共振点运行, 使风机工作平(上接第190页)
超低速电机(齿轮电机) :输出转速很低, 180~300r/min, 齿轮传送效率较高(96%以上) 。目前处于试用阶段; 该电机的投入使用将会取代在抽油机上使用的变频器、电磁调速电机、磁阻电机、机械减速轮等减速设备。在低产液量井上使用效率提高特别明显, 是低产液量井的最理想电机。
油机的示功图、动液面、电压、电流、功率、平衡度等进行测试, 这需要大量的人力和物力, 可以说目前的实际情况根本做不到。但随着网络技术的发展, 对抽油机的运行参数实时监控变成了可能, 越来越多的科研单位研究抽油机运行数据的实时监控, 目前已有初步的科研成果, 但还需进一步的完善才能满足实际需要。该项技术为抽油机的运行管理提供了快捷有效的手段, 它可以及时发现非正常运行的井, 进而可以及时调整及时处理故障, 可使抽油机的平均系统效率再提高3~5个百分点。
3 新技术新产品的综合应用
针对影响抽油机系统的主要因素, 我们对新的节能技术和节能产品进行了比较筛选, 对497口井进行了改造, 措施见表2; 改造后的实测结果见表3。
表3 改造前、后测试结果
变压器额定改前改后增减
容量, kVA
3076915069-15700
输入有功功率, kW 49323642-1290
输入无功
功率抽油机平均
功率, kVar 因数系统效率, %111700. 40422. 371315-9855
0. 9380. 534
30. 297. 92
5 结束语
综合分析目前的节能技术和节能产品的实际应用情况, 目前比较有效的提高抽油机系统效率的主要措施是:
(1) 双电压自动调压变压器是解决抽油机/大马拉小车0问题的最有效措施, 可以降低变压器、电动机的容量2~3个等级;
(2) 与调压变压器配套应用高效率、高启动转矩永磁电动机;
(3) 用超低速电机, 对低产液量井的冲次调整到每分钟1~2次;
(4) 重复修复的变压器、电动机要进行质量把关、筛选;
(5) 利用现代化网络技术, 对抽油机实施在线测试, 进一步提高管理水平。
参考文献
112范风英. 提高抽油机井系统效率技术1M 2. 石油大学出版社.
122张琪. 采油工程原理与设计1M 2. 石油大学出版社.
从表中数据可以看出:
平均有功节电率:24. 53%; 平均无功节电率:88. 22%;
平均功率因数由0. 404提高到0. 938, 提高了0. 534, 且为容性;
平均系统效率由22. 37%提高到30. 29%, 提高了7. 92个百分点;
年节约电费400多万元; 节变压器的容量15700kVA 。
4 提高抽油机管理水平的一个发展趋势
抽油机的系统效率受多种因素影响, 要想保持抽油机每天都处于高效的工作状态, 必须每天对抽
第23卷, 总第130期2005年3月, 第2期
5节能技术6
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Vol. 23, Sum. No. 130
Mar. 2005, No. 2
谈谈提高抽油机系统效率的几点体会
王同义, 闫敬东, 董明霞, 付 涛
(中国石化胜利油田有限公司技术检测中心, 山东东营257000)
摘 要:针对抽油机的特殊工况, 分析了近几年国内在抽油机上应用的各类节能产品的特点, 指出了影响抽油机系统效率的最主要因素; 根据主要因素优选了新的节能技术(新研制的抽油机专用永磁电动机、抽油机专用自动调压变压器、超低速电机) 在497口井上进行了试验, 试验结果说明:只有对影响抽油机系统效率的主要因素进行整体改造, 而不是单一节能技术的应用, 才是提高系统效率的最有效途径。
关键词:抽油机; 永磁电动机; 变压器; 系统效率; 节能
中图分类号:TE9331+1 文献标识码:B 文章编号:1002-6339(2005) 02-0188-03
Problems on Improving S ystem Efficiencies for Beam Pumping Units
W ANG Tong-yi, YAN Jing-dong, DONG Ming-xia, FU Tao (TechnicalTest Center, Shengli Petroleum Co. Ltd. , Dongying 257000, China)
Abstract:Characteristics of various types of energy -saving products which were utilized recently in beam pumping units were analyzed. Principal factors to influence the system efficiencies of bea m pumping units were found. New types of technique based on such factors, suc h as special permanent-ma gnet motors and automatic volta ge regulation transformer for beam pumping units, ultra-lo w speed motors, were tested in 497oil wells. The field tests showed that the most effective approach to improve the system efficiencies of beam pumping units was to renovate the principal factors integrally and synchronously, not separately.
Key words:bea m pumping unit; permanent-magnet motor; transformer; system efficiency; energy saving 近几年我们胜利油田为了提高抽油机的系统效率, 应用了一些新的节能产品和节能技术, 对影响抽油机系统效率的主要设备进行了综合技术改造, 先后有2000多口油井进行了改造, 并对497口油井进行了改造前后跟踪测试(平均系统效率由原来的22. 37%提高到30. 29%, 平均提高7. 92个百分点) ; 每年为油田节约电费约1500万元。通过对综合节能技术的研究、试验、推广, 测试结果的统计分析, 我们对如何最有效的提高抽油机系统效率有如下体会。
收稿日期 2004-09-06 修订稿日期 2004-12-04作者简介:王同义(1956~) , 男, 本科, 高级工程师。
1 影响抽油机系统效率的因素
有关理论研究和实际证明影响抽油机系统效率的因素如表1。
表1所列数据为理想数据, 实际上有些设备的效率由于技术落后、设备陈旧、工艺不合理等多种原因而达不到表中数据, 对这部分设备进行综合技术改造可以明显提高抽油机的系统效率; 而另有一些设备目前还没有新技术、新材料的应用, 这部分设备改造后抽油机系统效率提高甚微。近二年我们的实际应用、测试和分析研究证明, 目前的技术水平提高
抽油机系统效率有潜力的主要因素是:
表1 抽油机各部分效率统计表
地面设备设备名称 电动机 传送带 齿轮箱
效率, %809091
地面效率, G 地上
地下设备设备名称
62. 24%
盘根盒 抽油杆柱
效率, %9090
地下效率, 抽油机总G 地下
效率, G
1. 1 地面因素
A. 抽油机拖动系统的/大马拉小车0现象
目前还有很多井使用50kVA 或100kVA 的变压器一对一拖动37kW 、45kW 、55kW 的Y 系列异步电动机。容量大, 自身损耗大, 导致系统效率降低。我们对某采油厂的497口油井进行了摸底统计, 见表2。由表2可以看出, 37kW 以上的电动机占80%以上, 变压器容量大于50kVA 的占100%。
61. 56%38. 31%
抽油泵效率80油管柱效率95
四连杆机构95
表2 油井改造措施
序号
采取措施
原设备
数量, 台[**************]台
额定容量, kVA 1006350
12613347
25~30365~75
额定容量, kVA 30~633030
新研制抽油机专用自动调压变压器, 可以保证电动机在额定电压下启动; 极大的提高了电动机的启动转矩; 使变压器的容量、电动机的功率大幅下降; 自身损耗下降。变压器分接开关9档位可适应电网电压波动范围大(? 10%)的要求, 提高了供电质量, 保证了永磁电动机呈容性负载状态工作; 最大限度的解决了国内石油行业/大马拉小车0的问题。
优化设计、操作方便、简单实用, 维护方便。
对低产液量井冲次减少到原状态的1/2~1/4,电机作功减少到原状态的1/2左右, 节电效果特别明显; 泵的充满系数有较大幅度
对低产液量井使用4
超低速电机(齿轮减速电动机)
4~6
95
19. 11
1~2
提高;
电机额定功率可以下降4~5个等级;
冲次的减少还可以减少抽油杆泵的磨损, 进而延长作业周期, 节约大量的作业费用;
是取代价格昂贵的变频器及其他调速电机的最佳产品; 日产液量在6t 以下的油井占19. 11%, 6. 1~10t 的油井占8. 83%。
占百分数, %15. 8927. 9636. 4114. 285. 43
新设备额定功率,
kW
302215
特 点
新研制的永磁电动机自身损耗比Y 系列异步电动机小0. 5kW; 运行电流可从50A 左右降到15A 左右; 启动转矩达3. 2倍以上, 新系统的电机启动力矩比原来的55kW 电动机还大; 功率因数达0. 9以上, 且可程容性负载工作, 相当于增加了电容补偿, 进而减少线路损耗。
1
用新研制额定功率,
kW 的抽油机
55
专用永磁
45
电机更换
37
旧电机
30
22
小计用抽油机专用自动调压变压
2
器更换普通变压器
小计:486台; 新的63kVA 的11台, 30kV A 的475台
3
更换控制柜
种类繁杂冲次
497台
100
无线遥控冲次
B. 维修后的电动机和变压器质量不达标
55kW 电动机空载损耗国标约为1. 4kW 。我们抽测过2个采油厂的30台维修后的电动机, 结果是一个采油厂平均达2. 6kW, 另一个采油厂平均达到3. 6kW 。
C. 低产液量井
通过对某采油厂的497口井的数据统计可知, 有19. 11%的井因供液不足导致抽油泵的充满系数小于20%。这种井的冲次, 每分钟1次~2次就可满足生产工艺的需要, 但目前因电机最低速度和皮带轮的最小包角限制, 最小冲次仅仅可以调到4次/min, 若要再降低电动机的皮带轮直径, 则皮带会出现打滑。导致系统多作一倍的无用功, 效率严重降低。
1. 2 地下因素
由于地面部分不能根据抽油机的工艺需要减少抽油机冲次, 使得约占20%油井的抽油泵充满系数低于20%。充满系数低导致泵效低, 进而导致抽油机系统效率低。1. 3 管理因素
A. 有些严重漏失、断脱等不正常的井不能及时发现, 及时作业, 导致抽油机空抽。
B. 动液面在井口的井, 不能及时调整参数把液面抽下去。
C. 抽油机工况的变化, 导致平衡度变化, 不能及时测试、及时调整。抽油机平衡度合格率小于60%。
D. 供电质量不合格, 有些额定电压380V 电动机, 实际工作电压达440V, 高出额定电压15%。导致电动机自身损耗加大本身效率下降约3%。变电所出口电压高, 而末端电压低(造成电机启动困难) 。
E. 对节能产品和节能技术的认识不清, 使用所谓的节能产品, 实际上并不节电。
以上7种类型的节能控制柜, 我们在井场进行过统一测试, 从测试结果和井场试用情况可知, 都有一个共性, 在电机负载率低于10%时有一定的节电效果, 负载率稍有增加, 就看不出节电效果; 使用电子线路, 技术复杂程度都很高, 井场电工维护不了; 野外春、夏、秋、冬风吹日晒温差的变化使运行的稳定性和可靠性较差。实际测试和经验告诉我们, 目前这些控制柜对提高抽油机的系统效率的作用可以说微乎其微, 因此, 在抽油机上使用普通控制柜增加电机的保护功能即可。
2. 3 节能变压器
由于变压器的自身效率都很高(约98%) , 所以变压器自身效率对抽油机系统效率的影响极其微小。仅仅型号的更新而没有新技术含量的变压器, 对抽油机系统效率的提高也是极其微小的。要特别注意变压器厂家的一些误导, S11型30kVA 变压器比同容量S9型变压器空载损耗少30%(节电30%) , 而实际上仅仅30W, 30W 与抽油机的实际耗电10kW 相比, 仅占3j , 没有多大的实际意义。
2001年我们新研制的抽油机用双电压自动调压变压器, 该变压器虽然自身节电较少, 但可以使抽油机拖动系统节电明显, 其特点是:
保证电动机在额定电压下启动; 提高了电动机的启动转矩;
转矩的提高可降低变压器和电动机的功率1~3等级;
抽油机拖动系统节电效果明显; 抽油机系统效率明显提高;
最大限度的解决了国内石油行业抽油机/大马拉小车0的问题;
变压器一次侧分接开关9位8挡调节, 提高了供电质量, 保证了变电所的出口端和线路末端的抽油机的电动机都基本能在额定电压下工作。2. 4 抽油机减速装置
变频器:虽然改变输出频率可以使抽油机的冲次调整到2次以下, 但由于技术复杂程度高, 整体效率不高, 在抽油机井场不易使用。
机械减速轮:在抽油机电动机皮带轮和齿轮箱皮带轮之间增加一级机械减速轮, 这种减速装置非常简单, 只要调整轮径的大小, 就可以调整抽油机的冲次到1次/min。对产液量低的井, 增加减速装置后, 抽油机整体系统效率提高很明显。缺点, 井场安装麻烦, 增加一级皮带传送增加一部分损失。
(下转封三)
2 近几年节能技术和节能产品的种类
为了提高抽油机的系统效率, 大家研究最多的是电动机和控制柜, 而忽略了变压器和工艺参数对系统效率的影响。
2. 1 节能电动机有如下8种
双转子电机, 双功率电机, 电磁调速电机, 高转差电机, 双电机结构, 这5种电动机, 优缺点有关资料已进行过介绍, 目前在抽油机上使用都不是很理想的电动机。
直线电动机 优点:电机的旋转运动变成了直线运动, 电机支架取代了抽油机; 电机直接拖动抽油机杆上下往复运动, 省去了所有的减速传动设备; 占地面积较小。缺点:速度较低, 电机自身效率较低, 因此抽油机的整体效率也不会太高; 控制线路复杂, 产生谐波分量较大引起变压器的电压波形畸变; 价格较高。仅有数台在井场做试验。
磁阻电动机 优点:速度调整非常方便, 比较容易调整抽油机的冲次, 电机本身效率较高, 但控制柜、电动机合在一起测试效率不高。缺点:控制线路复杂, 产生谐波分量较大引起变压器的电压波形畸变; 噪声很大; 目前有小规模的试用。
永磁同步电动机 优点:效率高, 启动转矩大, 功率因数高, 运行电流很小。还有一个更重要的特性) ) ) 呈容性负载状态运行, 变压器的感性和电动机的容性可以互相补偿, 使高压侧线路的功率因数接近/10, 这一特性最大限度的减少线路损耗, 减少线路压降, 提高供电质量。缺点:负载率较低时, 功率因数受电压的影响较大。目前有一定规模的使用, 是目前最有发展前景的电动机。随着技术的不断进步、材料的不断更新, 相信永磁电动机将会在提高抽油机系统效率方面发挥更好的作用。2. 2 节能控制柜
目前常见的抽油机控制柜有:可控硅实时调压控制柜, 手动v -Y 控制柜, 单片机控制接触器切换的v -Y 控制柜, 单片机实时控制可控硅切换的v -Y 控制柜, 固定电容补偿柜, 单片机控制可控硅随即投切的电容补偿柜, 变频器控制柜。
求, 效益十分明显。稳, 风机轴承磨损减少, 延长了电机、风机的使用寿命和维修周期, 提高了风机的利用效率。
(3) 变频器自身保护功能完善, 同原来继电保护比较, 保护功能更多, 更灵敏, 大大加强了对电机的保护。
(4) 变频器同现场信号无缝接口, 满足生产的需要。变频器内置PLC, 现场信号接入灵活。
(5) 适应电网电压波动能力强。
(6) 同传统系统比较, 在加速期间大大削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承, 减少了机油对环境的污染, 使风机房的现场环境有了极大改善。
5 结论
与传统系统比较, 变频器调速系统有以下优点:(1) 运行稳定, 安全可靠。原系统大概40天左右就必须更换轴承, 带来巨大的经济损失。而变频调速系统具有免维护的特点, 只需定期清洗柜门上的通风滤网, 不用停机, 保证了生产的连续性。
(2)电动机实现了真正的软启动、软停运, 变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流, 降低了电机的故障次数。同时, 变频器设置共振点跳转频率, 避免了风机长期在共振点运行, 使风机工作平(上接第190页)
超低速电机(齿轮电机) :输出转速很低, 180~300r/min, 齿轮传送效率较高(96%以上) 。目前处于试用阶段; 该电机的投入使用将会取代在抽油机上使用的变频器、电磁调速电机、磁阻电机、机械减速轮等减速设备。在低产液量井上使用效率提高特别明显, 是低产液量井的最理想电机。
油机的示功图、动液面、电压、电流、功率、平衡度等进行测试, 这需要大量的人力和物力, 可以说目前的实际情况根本做不到。但随着网络技术的发展, 对抽油机的运行参数实时监控变成了可能, 越来越多的科研单位研究抽油机运行数据的实时监控, 目前已有初步的科研成果, 但还需进一步的完善才能满足实际需要。该项技术为抽油机的运行管理提供了快捷有效的手段, 它可以及时发现非正常运行的井, 进而可以及时调整及时处理故障, 可使抽油机的平均系统效率再提高3~5个百分点。
3 新技术新产品的综合应用
针对影响抽油机系统的主要因素, 我们对新的节能技术和节能产品进行了比较筛选, 对497口井进行了改造, 措施见表2; 改造后的实测结果见表3。
表3 改造前、后测试结果
变压器额定改前改后增减
容量, kVA
3076915069-15700
输入有功功率, kW 49323642-1290
输入无功
功率抽油机平均
功率, kVar 因数系统效率, %111700. 40422. 371315-9855
0. 9380. 534
30. 297. 92
5 结束语
综合分析目前的节能技术和节能产品的实际应用情况, 目前比较有效的提高抽油机系统效率的主要措施是:
(1) 双电压自动调压变压器是解决抽油机/大马拉小车0问题的最有效措施, 可以降低变压器、电动机的容量2~3个等级;
(2) 与调压变压器配套应用高效率、高启动转矩永磁电动机;
(3) 用超低速电机, 对低产液量井的冲次调整到每分钟1~2次;
(4) 重复修复的变压器、电动机要进行质量把关、筛选;
(5) 利用现代化网络技术, 对抽油机实施在线测试, 进一步提高管理水平。
参考文献
112范风英. 提高抽油机井系统效率技术1M 2. 石油大学出版社.
122张琪. 采油工程原理与设计1M 2. 石油大学出版社.
从表中数据可以看出:
平均有功节电率:24. 53%; 平均无功节电率:88. 22%;
平均功率因数由0. 404提高到0. 938, 提高了0. 534, 且为容性;
平均系统效率由22. 37%提高到30. 29%, 提高了7. 92个百分点;
年节约电费400多万元; 节变压器的容量15700kVA 。
4 提高抽油机管理水平的一个发展趋势
抽油机的系统效率受多种因素影响, 要想保持抽油机每天都处于高效的工作状态, 必须每天对抽