油田抽油機(jī)案例

油田抽油機(jī)案例

-1-海利普變頻器在油田抽油機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)入21世紀(jì),變頻調(diào)速技術(shù)得益于其優(yōu)異的節(jié)能特性和調(diào)速特性,在我國油田中得到廣泛應(yīng)用,中國產(chǎn)值能耗是世界上最高的國家之一。

要解決產(chǎn)品能耗問題,除其它相關(guān)的技術(shù)問題需要改進(jìn)外,變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)能及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施。

油田作為一個(gè)特殊行業(yè),有其獨(dú)特的背景,油田中變頻器的應(yīng)用主要集中在游梁式抽油機(jī)把握、電潛泵把握、注水井把握和油氣集輸把握等幾個(gè)場(chǎng)合。

游梁式抽油機(jī)俗稱“磕頭機(jī)”,是目前各個(gè)油田所普遍承受的抽油機(jī),但是目前的抽油機(jī)系統(tǒng)普遍存在著效率低、能耗大、沖程和沖次調(diào)整不便利等明顯的缺點(diǎn)。

一、磕頭機(jī)的工作原理:圖1磕頭機(jī)如圖1游梁式抽油機(jī)實(shí)物圖所示,當(dāng)磕頭機(jī)工作時(shí),驢頭懸點(diǎn)上作用的載荷是變化的。

上沖程時(shí),驢頭懸點(diǎn)需提起抽油桿柱和液柱,在抽油機(jī)未進(jìn)展平衡的條件下,電動(dòng)機(jī)就要付出很大的能量。

在下沖程時(shí),抽油機(jī)桿柱轉(zhuǎn)而對(duì)電動(dòng)機(jī)做功,使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

抽油機(jī)未進(jìn)展平衡時(shí),上、下沖程的載荷極度不勻稱,這樣將嚴(yán)峻地影響抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)、減速箱和電動(dòng)機(jī)的效率和壽命,惡化抽油桿的工作條件,增加它的斷裂次數(shù)。

為了消退這些缺點(diǎn),一般在抽油機(jī)的游梁尾部或曲柄上或兩處都加上了平衡重,如圖1所示。

這樣一來,在懸點(diǎn)下沖程時(shí),要把平衡重從低處抬到高處,增加平衡重的位能。

為了抬高平衡配重,除了依靠抽油桿柱下落所釋放的位能外,還要電動(dòng)機(jī)付出局部能量。

在上沖程時(shí),平衡重由高處下落,把下沖程時(shí)儲(chǔ)存的位能釋放出來,關(guān)心電動(dòng)機(jī)提升抽油桿和液柱,削減了電動(dòng)機(jī)在上沖程時(shí)所需給出的能量。

目前使用較多的游梁式抽油機(jī),都承受了加平衡配重的工作方式,因此在抽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中,有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和兩個(gè)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

當(dāng)平衡配重調(diào)整較好時(shí),其發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)間和產(chǎn)生的能量都較小。

二、變頻器在抽油機(jī)的應(yīng)用把握問題:我國大局部油田承受的抽油設(shè)備中,以游梁式抽油機(jī)最為普遍,數(shù)量也最多。

但是游梁式抽油機(jī)運(yùn)行效率非常低,電能鋪張大。

因此,抽油機(jī)節(jié)能潛力非常巨大。

變頻器在抽油機(jī)的把握問題主要表達(dá)在如下幾個(gè)方面:再生能量的處理問題,游梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)為反復(fù)上下提升,一個(gè)沖程提升一次,其動(dòng)力來自電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的兩個(gè)重量相當(dāng)大的鋼質(zhì)滑塊,當(dāng)滑塊提升時(shí),類似杠桿作用,將采油機(jī)桿送入井中;滑塊下降時(shí),將采油桿提出帶油至井口,由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定,滑塊下降過程中,負(fù)荷減輕,電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)產(chǎn)生的能量無法被負(fù)載吸引,勢(shì)必會(huì)查找能量消耗的渠道,導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài),將多余能量反響到電網(wǎng),引起主回路母線電壓上升,勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊,導(dǎo)致電網(wǎng)供電質(zhì)量下降,功率因數(shù)降低的危險(xiǎn);頻繁的高壓沖擊會(huì)損壞電動(dòng)機(jī),造成生產(chǎn)效率降低、維護(hù)量加大,極不利于抽油設(shè)備的節(jié)能降耗,給企業(yè)造成較大經(jīng)濟(jì)損失沖擊電流問題如圖1所示游梁式抽油機(jī)是一種變形的四連桿機(jī)構(gòu),其整機(jī)構(gòu)造特點(diǎn)像一架天平,一端是抽油載荷,另一端是平衡配重載荷。

對(duì)于支架來說,假設(shè)抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化全都,那么用很小的動(dòng)力就可以使抽油機(jī)連續(xù)不連續(xù)地工作。

也就是說抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)取決于平衡的好壞。

在平衡率為100%時(shí)電動(dòng)機(jī)供應(yīng)的動(dòng)力僅用于提起12液柱重量和抑制摩擦力等,平衡率越低,則需要電動(dòng)機(jī)供應(yīng)的動(dòng)力越大。

由于,抽油載荷是每時(shí)每刻都在變化的,而平衡配重不行能和抽油載荷作完全全都的變化,從而造成過大的沖擊電流,沖擊電流不僅無謂鋪張掉大量的電能,而且嚴(yán)峻威逼到設(shè)備的平安,同時(shí)也給變頻器調(diào)速把握帶來很大的困難:一般變頻器的容量是按電動(dòng)機(jī)的額定功率來選配的,過大的沖擊電流會(huì)引起變頻器的過載愛護(hù)動(dòng)作而不能正常工作。

除上述兩方面問題外,油田采油的特殊地理環(huán)境準(zhǔn)備了采油設(shè)備有其獨(dú)特的運(yùn)行特點(diǎn):在油井開采前期儲(chǔ)油量大,供液足,為提高成效可承受工頻運(yùn)行,保證較高產(chǎn)油量;在中后期,由于石油儲(chǔ)量削減,易造成供液缺乏,電動(dòng)機(jī)假設(shè)仍工-1-頻運(yùn)行,勢(shì)必鋪張電能,造成不必要損耗,這時(shí)須考慮實(shí)際工作狀況,適當(dāng)降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,削減沖程,有效提高充盈率。

游梁式抽油機(jī)在使用海利普變頻器后主要有以下3個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn):提高功率因數(shù):大大提高了功率因數(shù)〔~〕,大大減小了供電〔視在〕電流,從而減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān),降低了線損,可省去大量的“增容”開支。

這主要集中在供電企業(yè)對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合,為避開電網(wǎng)質(zhì)量的下降,需引入變頻把握,其主要目的就是減小抽油機(jī)工作過程對(duì)電網(wǎng)的影響。

節(jié)能:這點(diǎn)較普遍,一方面,油田抽油機(jī)為抑制大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,承受的電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際所需功率,工作時(shí)電動(dòng)機(jī)利用率一般為20%~30%,最高不會(huì)超過50%,電動(dòng)機(jī)常處于輕載狀態(tài),造成資源鋪張。

另一方面,抽油機(jī)工作狀況的連續(xù)變化,取決于地底下的狀態(tài),假設(shè)始終處于工頻運(yùn)行,也會(huì)造成電能鋪張。

對(duì)機(jī)械設(shè)備的愛護(hù):由于實(shí)現(xiàn)了真正的“軟起動(dòng)”,對(duì)電動(dòng)機(jī)、變速箱、抽油機(jī)都避開了過大的機(jī)械沖擊,大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命,削減了停產(chǎn)時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率三、海利普變頻器在抽油機(jī)上的應(yīng)用方案介紹:海利普變頻器的性能介紹:有響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)矩特性好和抗干擾力氣強(qiáng)等特點(diǎn);承受連續(xù)的位相把握,實(shí)現(xiàn)無沖擊的換向過程;連續(xù)的直流制動(dòng)。

保證任何位置時(shí)都能平穩(wěn)停機(jī)而不滑動(dòng);可以實(shí)現(xiàn)初始電壓任意調(diào)整并從停頓位置平穩(wěn)啟動(dòng);自動(dòng)節(jié)能,依據(jù)負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)整輸出電壓,以到達(dá)最大限度的節(jié)能效果。

把握方法及思想:通過7-200的模塊接收抽油機(jī)每個(gè)周期抽取的油量信號(hào),依據(jù)每個(gè)周期抽取的油量大小〔可安裝流量計(jì)〕,來調(diào)整變頻器的運(yùn)行頻率。

當(dāng)每個(gè)周期的抽油量小于預(yù)定抽油量時(shí),依據(jù)比例關(guān)系降低變頻器的運(yùn)行頻率,保證沒有周期的抽油量穩(wěn)定在預(yù)定目標(biāo)值左右,節(jié)省電能。

頻率的轉(zhuǎn)變量=運(yùn)行頻率*〔1-周期抽油量預(yù)定抽油量〕-1-0121130%~140%122120%~140%123130%~140%1350~10加速中失速防止準(zhǔn)位恒速中失速防止準(zhǔn)位減速中失速防止準(zhǔn)位轉(zhuǎn)差補(bǔ)償海利普變頻器的根本參數(shù)設(shè)定:參數(shù)號(hào)設(shè)定值說明0000~50運(yùn)行頻率00250電機(jī)基頻00310~~10中間頻率0055~10最低電壓012依據(jù)實(shí)際狀況設(shè)定加速時(shí)間013依據(jù)實(shí)際狀況設(shè)定減速時(shí)間0332運(yùn)行指令來源0340運(yùn)行頻率來源0430~5%轉(zhuǎn)矩提升把握原理圖如下所示:〔1〕變頻器加制動(dòng)單元把握,如圖2所示:圖2變頻器加制動(dòng)單元在變頻器主回路直流母線兩端加制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻,由于抽油機(jī)在下降-1-段電機(jī)處在發(fā)電狀態(tài),將多余能量反響到變頻器,引起主變頻器主回路直流母線電壓上升,而電能沒有流回電網(wǎng)的通路,必需用電阻來就地消耗,這就是我們?cè)谧冾l器上必需使用制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻的緣由。

〔2〕變頻器加能量回饋單元把握,如圖3所示:圖3變頻器加能量回饋單元由于制動(dòng)電阻的散熱比較難解決,而且接通制動(dòng)電阻的開關(guān)管的壽命會(huì)在頻繁的長(zhǎng)時(shí)間的開起過程中縮短。

鐘對(duì)上述狀況,為了回饋再生能量,提高效率,可以承受能量回饋裝置,將再生能量回饋電網(wǎng),到達(dá)節(jié)能的目的。

四能量回饋單元簡(jiǎn)介所謂能量回饋裝置,其實(shí)就是一臺(tái)有源逆變器。

承受的功率開關(guān)器件變器逆變將變頻器直流回路的電壓反響到電網(wǎng)。

〔1〕能量回饋單元原理圖,如圖4:-1-圖4能量回饋單元主回路原理三電平電路,每一相橋臂4個(gè)開關(guān)元件有三種正常的開關(guān)模式。

以相為例:1和2導(dǎo)通時(shí),相輸出+02;2和3導(dǎo)通時(shí),相輸出零電平;3和4導(dǎo)通時(shí),相輸出-02。

假設(shè)用、、分別表示各橋臂的開關(guān)狀態(tài),每一橋臂都有三種開關(guān)狀態(tài),如下表所列:〔2〕能量回饋單元的規(guī)律把握?qǐng)D能源回饋單元的把握方塊圖如圖6所示:圖5系統(tǒng)把握方塊圖整個(gè)裝置的把握系統(tǒng)是電壓外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)把握把握。

在圖5中,1-系統(tǒng)母線給定值,2-電壓調(diào)整器,3-電流調(diào)整器,4-信號(hào)生成局部,5-主功率器件電路,6-均流與環(huán)流抑制電路,7-溝通電網(wǎng),8-相電流檢測(cè)電路,9-相電壓檢測(cè)、同步信號(hào)生成及母線電壓采集電路。

首先裝置的把握系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)-1-系統(tǒng)母線,當(dāng)高于某一設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)投入工作,母線檢測(cè)值與母線設(shè)定值做差,其值輸入電壓調(diào)整器經(jīng)過確定把握運(yùn)算,完成電壓外環(huán)的把握功能,電壓調(diào)整器的輸出便是電壓外環(huán)的輸出信號(hào),同時(shí)也是電流內(nèi)環(huán)的給定信號(hào),其值與系統(tǒng)檢測(cè)到的實(shí)時(shí)電流做差,再經(jīng)過電流調(diào)整器的把握運(yùn)算,完成電流內(nèi)環(huán)的把握功能。

此方塊的輸出直接送給信號(hào)生成局部,其生成的波送給主功率器件電路,最終多個(gè)主功率器件單元電路并聯(lián),經(jīng)過均流與環(huán)流抑制電路直接連到溝通電網(wǎng)上。

整個(gè)大電流再生能源回饋裝置把握系統(tǒng)就是這樣電壓外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)相互作用的雙閉環(huán)把握系統(tǒng)。

〔3〕使用能量會(huì)快單元的優(yōu)點(diǎn):回饋效率高達(dá)97%,熱損小,僅為能耗制動(dòng)的1%左右;功率因數(shù)高,約等于1;高次諧波電流小,對(duì)電網(wǎng)的污染較小;易于把握電源側(cè)的諧波重量和無功重量;具有較好的節(jié)能效果。

五、總結(jié)海利普變頻器應(yīng)用于油田抽油機(jī),實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng),軟停車和調(diào)速運(yùn)行過程把握。

具有起動(dòng)