变速调参提高抽油机系统效率的研究与应用.pdfVIP

研究与应刷 变速调参提高抽油机系统效率的研究及应用 陈作文郑玉明欧阳娟 新疆时代石油工程有限公司 新疆834000 摘要：游梁式抽油机是机械采油的主要生产设备，但普遍存在着效率低、能耗大、冲程和冲次调节不方便等明显的缺点。本 文着重研究抽油机机械特性，分析其特殊运行状态，利用高新电力电子技术，开展变速调参来提高抽油机系统效率的研究， 取得了显著的节能效果。它的试验成功，并为今后闭环智能控制抽油机，有着重要的理论和实践意义。 关键词：抽油机变速调参提高效率研究应用 1引言 抽油机是油田生产的主要能耗设备，其用电量约占汕总用电量的40％以上。抽油机的交变负荷特征， 导致其拖动电机的运行效率和功率因数较低。因此，研究抽油机机械特性，分析抽油机电动机的特殊运行 状态，是开展抽油机节能技术的前提和基础，有着重要的理论和实践意义。 2抽油机的能耗分析 游梁式抽油机采油方法具有结构简单、适应性强和寿命长的特点，是目前油田应用最为广泛的机械采 油方法。长期和连续的工作特点，暴露出游梁式抽油机系统耗能大、效率低，普遍存在着“大马拉小车” 等缺点。 下表是一台YCY250M--6型电动机(额定功率37kW)在10型抽油机上应用的数据： 表l：典型抽油机电机电参数 视在功率(kVA) 16．38～16．77 有功功率(kW) 4．953～6．873 无功功率(kVar) 15．30～15．61 功率因数 0．302～0．410 平均电流(A) 24．26～26．42 这是一组很典型的数据，它表明抽油机电机正常运行时有功功率不到视在功率的一半，即抽油机电机 普遍存在着效率低、能耗大的现象。换句话说，抽油机节能还有着很大的潜力。 2．1 梁式抽油机运行分析 游梁式抽油机是经典的四连杆结构。其工作方式如图1所示。 当抽油机工作时，驴头悬点上作用的载荷是变化的。上冲程时，驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱，电 动机要付出很大的能量；在下冲程时，抽油机杆柱转而对电动机作功，使电动机处于发电机的运行状态。 抽油机未进行平衡时，上、下冲程的载荷极度不均匀，这样将严重地影响抽油机的四连杆机构、减速箱和 电动机的效率和寿命，恶化抽油杆的工作条件，增加它的断裂次数。为了消除这些缺点，一般在抽油机的 游梁尾部或曲柄上或两处都加上了平衡重，如图1所示。这样一来，在悬点下冲程时，就把平衡重从低处 抬到高处，增加平衡重的位能。为了抬高平衡重，除了依靠抽油杆柱下落所释放的位能外，还要电动机付 出部分能量，消除了未平衡时，下冲l程电机接受能量的现象。在上冲程时，平衡重由高处下落，把下冲程 时储存的位能释放出来，帮助电动机提升抽油杆和液柱，减少了电动机在上冲程时所需给出的能量。 112 第四届全国石油和化学工业电气技术交流研讨会论文集 图1 复合平衡式游梁式抽油机 从传统游梁式抽油机悬点动负荷的受力变化规律分析中知，当驴头从最高点向下运动时，可分解成三 个运动的合成：一是油杆的自由落体运动；二是曲柄平衡块的储能运动；三是交流电机的电动与发电运动。 随着油杆下落速度的不断增大，到油杆下落的中后期，油杆反拖驴头使交流电机处于发电状态向电网送电， 这样一部分油杆下落的能量被交流电机吸收，到油杆上升运动时，电机需要再次做功补偿油杆下落时被自 己吸收的能量，因而加大了交流电机的动载负荷及转换损失，使得曲柄轴上的净扭矩曲线波动很大，出现 负值。这样就造成了游梁式抽油机长期的工作效率低、耗能高的客观存在。 转矩 功率 热、八√、／ 。。 0。 Vl叭、 W．360。 ’ 、、＼、 ? ＼／ 图2抽油机电动机载荷