變頻電力控制柜在高凝油生產(chǎn)中應(yīng)用綜合效果研究

1、變頻電力控制柜在高凝油生產(chǎn)中應(yīng)用綜合效果研究【摘要】高凝油油田開發(fā)過程中，油井正常生產(chǎn)的 電力耗能是產(chǎn)油綜合成本中占比重最大的，占總成本支出的 38%o “節(jié)能降耗”是油田日常生產(chǎn)提出的“三增一節(jié)”工 作目標(biāo)的基本保證，而減少電能消耗就更是重中之重。本文 重點(diǎn)論述變頻電力控制柜在節(jié)約電能消耗上的重大作用?！娟P(guān)鍵詞】變頻啟動(dòng)無極調(diào)速節(jié)能降耗 目前，在沈陽油田，采油作業(yè)二區(qū)有310臺(tái)游梁式抽油機(jī)運(yùn)行，占全部產(chǎn)油設(shè)備的91%,是主要的耗能設(shè)備，節(jié)能 潛力巨大。沈陽油田是個(gè)老油田，已開發(fā)生產(chǎn)30多年，油 層壓力逐年降低，單井產(chǎn)量逐年下降，單井產(chǎn)液量不平穩(wěn)， 抽油機(jī)負(fù)荷變化較大，供液能力與抽油機(jī)抽油排量

2、很難科 學(xué)、高新的合理匹配，易發(fā)生產(chǎn)量高與電機(jī)功率小造成的電 機(jī)過載而燒壞電機(jī)的過負(fù)荷矛盾，也易發(fā)生與之相反的油井 產(chǎn)液量低而電機(jī)功率大造成電機(jī)欠載而浪費(fèi)電能的矛盾。如 何解決上述兩個(gè)矛盾，變頻電力控制機(jī)的變頻啟動(dòng)、無極調(diào) 速，就將發(fā)揮巨大的節(jié)能作用。1高凝油抽油機(jī)采油工作流程抽油泵在正常生產(chǎn)過程中的流程是：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器 f曲柄帶動(dòng)連桿f游梁驢頭帶動(dòng)懸繩器f抽油桿帶動(dòng)井下 油泵做往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)，最后原油升到地面進(jìn)入采油站。始端 的電能轉(zhuǎn)化為終端的往復(fù)機(jī)械能，終端機(jī)械能決定始端的電 能消耗，而在終端機(jī)械能保持不變的情況下如何將始端的電 能效率發(fā)揮到最大化就尤為重要。2變頻電力控制柜的節(jié)能原理在

3、抽油機(jī)釆油原理中得知終端的機(jī)械能就是由始端的 電能轉(zhuǎn)化而來的，那么在單井采油機(jī)械能為常量的條件下， 如何節(jié)約電能呢？只有一個(gè)辦法降低單井電機(jī)功率，我們知 道功率越大在同樣工作時(shí)間內(nèi)做工越多耗電越多、反之越 少。(1) 由于抽油機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)及高凝油井的生產(chǎn)特點(diǎn)，抽 油機(jī)啟動(dòng)時(shí)消耗的功率為平衡運(yùn)行時(shí)的1.82. 2倍，因而 產(chǎn)生的一種現(xiàn)象，配套用的電機(jī)如果滿足了抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)的 電功率，那么平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)就有30%50%閑置功率在做無用 功。既無用耗能，反之，如果配套電機(jī)匹配了抽油機(jī)平穩(wěn)運(yùn) 行時(shí)的電功率，那么又滿足不了抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電功率，進(jìn) 而造成抽油機(jī)無法啟動(dòng)，嚴(yán)重的將燒壞電機(jī)，這個(gè)問題變頻 啟動(dòng)就有

4、很好的解決辦法。(2) 先介紹一組能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，抽油泵往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng) 能=抽油泵沖程x (抽油泵舉升油液重量+抽油桿體重量+摩 擦阻力)，而電機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力f二電機(jī)功率w電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，在 單井生產(chǎn)參數(shù)恒定的情況下，對(duì)電機(jī)的動(dòng)力f要求就是恒定 的。而啟動(dòng)抽油機(jī)是需要大功率輸出，就是多種慣性載荷相 疊加而需要最大電機(jī)動(dòng)力f,如何才能做到既不增加電機(jī)功 率而又能增加電機(jī)輸出動(dòng)力f呢？因?yàn)閒=w/n,如果要增大 f在功率w不變的情況下，就只有減小電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n 了。(3)從電工學(xué)我們了解到電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n=60f (1-s) /p其 中f為供電頻率，s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率，p為電機(jī)相及數(shù)，而每 臺(tái)電機(jī)一經(jīng)制造出廠后，它的p、s

5、就是固定常數(shù)了，只有 轉(zhuǎn)數(shù)n和供電頻率是變的，并且電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n與供電頻率成正 比例函數(shù)的關(guān)系，既電機(jī)功率不變的條件下，供電頻率降低, 電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)就降低，進(jìn)而就可以在啟動(dòng)抽油機(jī)時(shí)適當(dāng)?shù)慕档凸?電頻率來降低電機(jī)頻數(shù)來獲得較大的電機(jī)動(dòng)力，來實(shí)現(xiàn)抽油 機(jī)的順利平穩(wěn)啟動(dòng)，當(dāng)抽油機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)電機(jī)工作電流達(dá)到平 穩(wěn)運(yùn)行電流時(shí)，就可將供電頻率恢復(fù)到正常頻率，使電機(jī)恢 復(fù)正常轉(zhuǎn)數(shù)，進(jìn)而抽油機(jī)獲得合適的狀態(tài)，確保油井產(chǎn)液正 常不受影響。3在生產(chǎn)實(shí)際中的節(jié)能效果分析在沈陽油田的抽油機(jī)生產(chǎn)中配套電機(jī)多為45km,用變頻 控制柜來控制電機(jī)，選用降低頻率來啟動(dòng)電機(jī)。既啟動(dòng)電機(jī) 時(shí)用39hz啟動(dòng)，那么啟動(dòng)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速就由公式n=6

6、0f (1-s) /p得知相對(duì)于工頻50hz時(shí)降低22%。再由公式電機(jī)功率二電 機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)nx電機(jī)動(dòng)力f,在電機(jī)動(dòng)力f不變的條件下，轉(zhuǎn)數(shù)n 降低22%,那么電機(jī)功率也就降低22%。既由原來的45kw可 降低到35km,而標(biāo)準(zhǔn)可選用電機(jī)為37kw,既每單井可降低 8kwo每天24小時(shí)既192kwh,每月5760kwh,每年7萬kwh, 按工業(yè)用電每kwhl. 8元計(jì)算既12. 6萬元，作業(yè)區(qū)目前運(yùn)行 310臺(tái)抽油機(jī)，每年即可節(jié)約電費(fèi)3906萬元，經(jīng)濟(jì)效益是巨 大的。4變頻控制柜在電潛油泵產(chǎn)液量調(diào)控上的應(yīng)用(1) 在油田開發(fā)過程中，電潛油泵是一種高效采油設(shè) 備，具有產(chǎn)液量高，抗結(jié)蠟效果好等眾多優(yōu)點(diǎn)。其

7、配套設(shè)備 由地面變壓器、動(dòng)力電纜、變頻控制柜和井下的動(dòng)力電纜、 多級(jí)高壓離心泵、產(chǎn)液油管組成，由變壓器和電纜提供電能。 由井下電機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由多級(jí)離心泵為液體提供動(dòng)能。 使原油通過油管舉升到地面管網(wǎng)系統(tǒng)，但電潛油泵在日常生 產(chǎn)中存在一定的問題，例如：在工頻模式下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)存在啟動(dòng) 電流大于正常運(yùn)行電流的1.3倍。如果運(yùn)行電流為38a,那 么啟動(dòng)電流就會(huì)達(dá)到49a或更多。同時(shí)會(huì)造成電機(jī)和動(dòng)力電 纜的沖擊電流加大，長期運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)造成電機(jī)和動(dòng)力電纜的絕緣 降低，嚴(yán)重的可燒壞電機(jī)和動(dòng)力電纜，而降低頻率啟動(dòng)就可 以解決這個(gè)問題。原理與抽油機(jī)降頻啟動(dòng)相同，不再論述。 電潛油泵以100立方米油泵為例：進(jìn)行一次修

8、井作業(yè)，其中 工程費(fèi)為46萬元，動(dòng)力電纜811萬元，電泵機(jī)組3萬 元，總計(jì)費(fèi)用高達(dá)近20余萬元。(2) 在工頻全壓狀態(tài)下運(yùn)行的電潛泵，其排量是固定 的，那么就存在地層供液能力大于電泵排量時(shí)，原油不能及 時(shí)舉升到地面管網(wǎng)，經(jīng)濟(jì)效益低，同時(shí)還會(huì)造成套管環(huán)形空 間液面過高，高凝油會(huì)凝固堵塞油套管環(huán)形空間，無法測量 動(dòng)液面、而當(dāng)需要控制電泵產(chǎn)量時(shí)就只有在采油樹井口裝小 口徑油嘴加以強(qiáng)制節(jié)流。人為增加井下回壓，對(duì)井下管柱、 電纜特別是電泵機(jī)組都將處于高回壓狀態(tài)下工作，機(jī)械損壞 非常大。實(shí)踐整理數(shù)據(jù)證明在管網(wǎng)正?；貕夯A(chǔ)之上，井口 因裝油嘴節(jié)流每增加0.5mpa回壓，可降低電泵機(jī)組使用壽 命16%既3.1萬元經(jīng)濟(jì)損失。反之，當(dāng)?shù)貙庸┮耗芰π∮陔?泵排量時(shí)，會(huì)出現(xiàn)地下虧空電泵欠載空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。嚴(yán)重的燒 壞電泵機(jī)組和動(dòng)力電纜。而由公式：電泵排量q二泵腔有效體 積vx電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n和公式：n=60f (1-s) /p得知，電泵排量 q與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n成正比例函數(shù)的關(guān)系，與供電頻率f也成正 比例函數(shù)的關(guān)系，既調(diào)整供電頻率f就可以準(zhǔn)確調(diào)整電泵排 量了，以上電泵欠載和過載兩個(gè)問題就被有效的解決。5結(jié)論總之通過沈陽油田在近十年對(duì)變頻電力控制柜的使用， 證明變頻控制柜在電泵啟動(dòng)和產(chǎn)量合理調(diào)整及抽油機(jī)啟動(dòng)、 無極調(diào)整抽油機(jī)沖次上的作用是高效科學(xué)、簡單實(shí)用、安全 可靠的，節(jié)約人力物力經(jīng)濟(jì)