抽油机井变频器在新木油田的应用.docVIP

抽油机井变频器在新木油田的应用 一、前言 新木采油厂地处吉林省松原市西北部，是一个低孔低渗的复杂断块油藏，开井938口，其中抽油机井899口，螺杆泵井有38口，自喷井有1口，抽油机举升是主要的采油方式。2005年在系统耗电中，采油系统耗电量占全厂电量的三分之一；在吨油成本中，电费支出约占生产成本的六分之一。06年统计现场测试数据：抽油机井电机平均功率利用23.5％，平均功率因数0.53，系统效率仅为23.5％。系统效率低，提升空间大。分析影响系统效率的因素很多，归纳起来主要为有2个方面，即设备因素和技术管理水平。 1、设备因素 抽油机运动特点是带负荷启动，启动力矩大，为了满足最大转扭的需求, 同时为保证在结蜡、出砂和抽油机不平衡时有一定裕度，抽油机必须配备较大功率的电机、减速箱和变压器。但是正常生产时抽油机驴头承受的是周期性脉动负荷，最大负荷与最小负荷差值大，在一个冲程中相当长的时间轻载运行（图1），大部分井运行功率仅是电机装机功率20～30％，即所谓的“大马拉小车”，使电机效率低，地面效率低。 采油厂抽油机以常规四连杆机构为主，常规型抽油机尽管有种种优点，但缺点也尤为突出。常规型抽油机载荷波动系数（CLF）和悬点加速度大，配套电机功率大，平衡效果差，即使在平衡效果较好的情况下，减速箱峰值扭矩仍较大，负扭矩现象也很严重，导致电动机进入再生发电状态（图2），将多余能量反馈到电网，引起主回路母线电压升高，势必会对整个电网产生冲击，导致电网供电质量下降，功率因数降低，使常规型抽油机效率低，能耗高。常规型抽油机由于其几何尺寸和启动力矩需求，配套电机功率大，而运行时均值功率却不大。 节能电机少，常规电机多。交流异步电机的效率和功率因数在额定值附近达到最大值（图3），常规抽油机运动特性决定电机长期运行在低效区，电机电能利用差，造成了较低的功率因数和电能的浪费。而且很多电机多次维修和严重老化，使电机效率低，网损、铜损严重，无功损耗大。 2、技术管理因素 采油厂是典型低渗油田，有大量低产低效的油井，这些井电机以六级电机为主，抽油机以五型和六型为主。即使工作参数很小时，工作制度仍很大，泵效很低。如118块最小机型为5-1.8-18HF，该机型在最小理排下产量是12.52（1.8×6×Φ32），泵效在23%以下。这些井泵效低，井下效率小，无功损耗大。对于调低冲次油井，换小直径皮带轮，成本低，使用方便，但皮带轮直径不能过小，否则皮带包角过小影响皮带使用寿命和雨雪天皮带打滑。常规六型抽油机(减速箱大皮带轮外径是800mm，减速箱总传动比31.714)配备8级电机最多能降到4次/分，配备6级电机最多降到5.3次/分。常规五型减速箱大皮带轮外径和减速箱总传动比小于六型抽油机，最低冲次还降不到这个程度。 二、提高系统效率技术应用分析 如何提高机械采油井系统效率，降低油井吨液耗电、减少原油开采成本，促进油田生产效益，已成为油田生产急需解决的重要问题。抽油机井要提高系统效率从两个方面人手：优选节能设备和优化生产参数。 1、节能设备分析 节能设备主要包括节能抽油机、节能电机和节能配电箱。节能抽油机价格高，主要用于新建产能和设备更新上，对于老井主要是进行抽油机节能技术改造，通过降低减速箱峰值扭矩，使电机功率下降，但是初期投入较高，投资回收期长，实施数量非常少。因此节能设备优选对象主要是电机和配电箱，实现目标是通过提高电动机效率和负荷率，提高运行效率和功率因数或者是从系统考虑，改变电动机的机械特性，使抽油机、杆、泵整个系统达到较佳配合，提高系统效率。 节能电机主要有稀土永磁电机、高转差电机。节电箱主要是Y一转换、功率因数控制器和无功功率补偿以及变频调速等。 稀土永磁电机 稀土永磁同步电机转子为稀土磁钢，采用异步启动，同步工作方式，转子转速与定子旋转磁场完全同步，无转差损耗，转子不需要外加励磁电源，消除了励磁损耗，具有起动力矩大、过载能力强、效率高、功率因数高等特点。与Y系列电机和超高转差相比稀土永磁电机节电明显，功率因数提高（表1）。但是比Y系列电机还硬的机械特性，使负有功和功率最小值增加，加剧抽油机系统振动（图4、图5）。 ②高转差电机 高转差率电机与Y系列电机相比，加大了转子电阻及转子损耗，使电机机械特性变“软”，减少了提拉速度和加速度，从而使抽油机系统的峰值阻力矩减少，降低了输出功率。缺点电机效率和功率因数低。其转差率靠提高转子电阻实现的，增加了滑差损耗，其输出功率降低，输入功率不一定降低。因此用它换Y系列电机有一定适合区间。 ③Y一转换 Y一转换适合功率利用率低、大马拉小车严重的抽油井使用。电机三角形启动后，再将定子绕组切换成星型接法运转。转换后平衡变差，如果角接时平衡性差，转换后平衡性更差，现场需要转换井平衡性好。