深川SVF3000在油田磕头机上的应用
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2020-10-23
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深川深川SVF3000在油田磕头机上的应用在油田磕头机上的应用
抽油机(又称磕头机)是目前采油生产中的主要设备，其数量达10万台以上。电动机装机总容量在3500万KW，年
耗电量达百亿度以上。抽油机用电量约占油田总用电量的40%，运行效率非常低，平均运行效率只有25%，功
率因数低，电能浪费大。因此，抽油机节能潜力非常巨大，石油行业也是推广“电机系统节能”的重点行业。
概况
抽油机(又称磕头机)是目前采油生产中的主要设备，其数量达10万台以上。电动机装机总容量在3500万KW，年耗电量达百亿
度以上。抽油机用电量约占油田总用电量的40%，运行效率非常低，平均运行效率只有25%，
二．抽油机变频改造的几个好处
1. 大大提高功率因数，（0.25~0.5提高0.9以上）。减小了供电电流，从而减小了电网及变压器的负荷。
2. 动态调整抽取速度，一方面节能，同时增加原油产量。
3. 实现真正“软起动”对电机变速箱抽油机，避免过大机械冲击，延长设备使用寿命。
三．抽油机负载分析
1. 国内应用最广泛的是游梁式竖井抽油机，它有三部分组成：
1) 地面部分：由电动机、减速器和四连杆构成；
2) 井下部分：
3) 抽油杆柱：连接地面抽油机和井下抽油泵的中间部分。
2. 抽油机的电机负荷是按周期变化的，开始起动时，负荷很大，要求启动转矩很大。正常运行时负荷率很低，一般在20%左
右，高时负荷率只有30%。电机的负荷曲线有2个峰值，分别为抽油机上、下冲程的“死点”。
抽油机在未进行平衡的条件下，上、下冲程的负载极度不均衡，在上冲程时，需要提起抽油杆柱和液柱，电机需付出很大能
量。在下冲程时，抽油杆柱对电机作功，使电机处于发电状态。通常在抽油机的曲柄上加上平衡块，消除上下冲程负载不平衡
度。平衡块调节较好，其发电状态的时间和产生的能量就小，由于抽油载荷是每时每刻在变化，平衡配重，不可能随抽油负荷
作完全一致的变化，绝大部分抽油机配重严重不平衡，从而造成过大的
抽油机的负载特性：是恒速运行，由于配重，是变转矩，变功率负载在一个循环周期内有两次发电状态，起动力矩大、惯性
大。在国内油田使用的抽油机普遍存在的问题：运行时间长，“大马拉小车”，效率低，耗能大，冲程和冲次调节不方便，有时
空抽现象。
四．传统抽油机
国内对抽油机变频节能改造做了大量的尝试，但都不太成功，主要问题是：
1) 抽油机在一个工作循环中，有两次发电状态，尤其当配重不平衡时，产生的“泵升电压”很高，靠加大变频器直流侧电解电容
和减小制动电阻值，不能完全解决问题，并且随着油层的变化，“泵升电压”也在变化。
2) 抽油机起动需要较大的起动转矩，如变频器参数设置不当，易造成过流或不能起动。
3) 以往的变频节能改造设计方案很少考虑油井的油面、油浓度的变化等情况。在提高产量方面，效果不佳。
五．解决方案
针对当前抽油机变频改造存在的问题，我司提出以下解决方案：
1) 采用变频调速技术，使
2) 动态调节抽油机的冲程频次，随着油井由浅入深的抽取，油量逐渐减小，出现泵充满度不足，泵效下降，当油井的供油能
力小于抽油泵排量时，就造成泵抽空和液击现象。降低频率，电机转速下降，提高充满度，不仅节能而且增加原油产量。
3) 动态调节抽油机上下行程的速度，适当降低下行程速度，提高泵内的充满度，适当提高上行程速度，可减小提升中漏失系
数，使抽油机工作在最佳运行状态，有效提高单位时间内原油产量。
4) 起动力矩大，运行中负荷低，冲击电流大
要从根本上解决问题，加大电动机极对数或增大减速箱速比，增大输出力矩。变频器正常运行80~90HZ。这也有利于减少发
电状态的能量，减少“泵升电压”。
5) 再生能量的处理问题
*增大变频器直流侧滤波电容的容量；
*减少制动电阻值，提高制动系统的耗电能力，或直接使用回馈制动，减小能量损失；
*发电时，频率增大。
6） 防空抽，增产。动态调节抽油机冲程频次和上、下行程速度。设定电机的输出功率标准值，实时检测电机输出功率，控制
电机转速，大于标准值，加速。反之减速，实现闭环控制。
六．抽油机实测数据
大庆油田82-X110抽油机是一台游梁式抽油机，电机功率为22KW，磁极数为8极。采用深圳市西林电气技术有限公司生产的
智能高效抽油机节电器进行变频器节能改造。
在抽油机上行程运行时，设置变频输出频率为50Hz，下行程运行时，设置为30Hz。
抽油机工频运行参数：
运行一个周期电流变化：20.1A~30.7A
4小时平均耗电度数：4.7度/每小时
抽油机节能运行参数：
运行一个周期电流变化：4.9A~18.7A
4小时平均耗电度数：3.9度/每小时
七．结束语
由于油井的类型和工况千差万别，井下渗油和渗水量每时每刻都在变．抽油机的负载变化是无规律的，故采用变频调速技术，
使抽油机的运动规律适应油井的变化工况，实现系统效率的提高，达到节能增产的目的。
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