抽油机节能控制技术的应用探究

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摘要：就目前的情况来看，石油开采的难度越来越大，为了确保原油的产量，需要我们进一步加强对节能控制技术的研究，从而提高抽油机的工作效率、延长使用寿命，并提高企业的经济效益。基于此本文分析了抽油机节能控制技术的应用。关键词：抽油机；节能控制技术；应用中图分类号：TE08

文献标识码： A1、抽油机采油系统节能控制技术应用必要性抽油机的使用已超过100年的历史，到现在国内外油田仍普遍使用。抽油机中最为常用的是常规游梁式抽油机，其开采的油量占全部机械采油的80%以上，这种抽油机具有结构简单、制造容易、可靠性高、耐久性好、维修方便等特点，但这些特点也决定了常规游梁式抽油机载荷率低、效率低和能耗大等缺点。我国90%以上的油井需要抽油机采油，使抽油机能耗占到了采油成本的40%以上，仅次于注水成本。另外，随着科学技术的不断进步，新型的抽油机也不断的出现，如国产数控抽油机、链条式抽油机、液压抽油机等等，但这些新型的抽油机都存在着一些问题如价格昂贵、性能不可靠、维修保养不方便、操作技术要求高等，这些问题限制了新型抽油机的进一步推广使用。因此研究开发新型节能型抽油机和对现有的抽油机进行节能控制显得非常重要，这对降低采油成本，提高油田企业的经济效益及达到国家节能减排的要求具有非常重要的意义。2、目前常规抽油机的节能现状一般说来，油田选择什么型号的抽油机由用户说了算，因为只有他们清楚需要什么型号的抽油机。油田单位进行抽油机的选择，首先考虑的是其可靠性要高，出现事故的情况相对较低，安全性能较好。常规抽油机的工作条件以及工作环境非常恶劣，其具体表现是：一是，在没人看守的时候还是在运作的；。是，除了正常的修井、维护、修理的时间以外，要求抽油机要一年365天，每天工作24小时，不能停止；三是，在条件极为困难的时候，也要不停的工作，例如，在野外露天、风霜雨雪、严寒酷暑等环境下；四是，抽油机的抽油杆要上下不停的转动，每天要进行数千万次的换向工作，伴随换向工作的不断加大，其换向的载荷力度不断加大。基于这种较为严酷的条件下，所以要求抽油机要有非常高的可靠性，只有这样才能保持抽油机的工作效率。游梁式抽油机的能耗非常多，由于这种问题的出现，给新型抽油机又提供了新的契机。近几年，中石化、中石油以及各大油田纷纷进行抽油机的改革。后来研发出来的新型抽油机有：皮带抽油机、链条抽油机、液压抽油机等，这些抽油机的优点非常的多，例如，重量较轻、占地小、节能效果好、抽油冲程长、平衡效果好等。在性能可靠性方面均高于常规的游梁式抽油机。3、节能控制系统的主要功能抽油机节能控制系统通过远程控制，降低电能损耗，在单片机检测的同时操作电动机接线端子，调整电动机的工作路径，完成抽油机在不同电压下设备的正常运行。控制系统具有三种工作模式，即手控、时控、自控。除此之外还需要把电动机控制、信号检测和嵌入式控制等技术进行综合的运用。1）自控是由电脑远程操作确保电动机在良好的工作状态下工作。2）手控是在自控模式出现问题时，利用人工进行控制的一种方式。3）时控适应于抽油机间抽工作状态。近年来由于间抽井、低液井、稠油井的出现，尤其是高见聚井产出液黏稠度的增加，原油液面恢复需要间抽控制。4、抽油机节能中变频器技术应用的关键问题分析 4.1.变频器结构特性分析变频器基于空间矢量PWM技术，确保整个变频器在运行过程当中能够具有低电流纹波、低转矩纹波、以及低电动机温升等多个方面的突出优。在变频器的运行期间，能够根据多步速度输人P1-3以及多步加速度输人P4-6的不同组合，从而实现对8种不同类型多步――多步加速度的良好控制。抽油机正常运行状态下，变频器PLC中央处理模块能够根据面板调节参数计算在对冲程，冲次进行调整优化过程中所对应的脉冲数，同时根据速度曲线设置对应的加速段、减速度初始位置。在该初始位置既定的条件下，能够计算各个调整区段的频率参数、加速时间参数、减速时间参数。以上步骤中所获取的数据信自、能够建立在RS485变频器配套通讯模块的基础之上输入变频器处理器内部。在整个过程当中，抽油机运行可带动变频器“软启动”，故而启动下不会对电网系统产生瞬时冲击，降低电动机装机容量指标。更加关键的一点是，由于变频器能够提供包括过电压、过电流、欠电压前电流在内的多种保护兴措施，故而对于解决能量回馈以及冲击电流放慢的问题效果突出。4.2、变频器载荷问题处理在变频器改造背景下听形成的抽油机整体结构与电梯结构类似，即抽油机一端设置为抽油载荷模块，另一端则设置为平衡配重载荷模块。在抽油机整机运行的状态下，若抽油载荷听对应的扭矩与平衡载荷所对应的扭矩保持一致关系，或两者对应扭矩的变化完全一致，则在较小动力支持下即可实现整个抽油机的稳定运转。但以上多仅限于理论研究。结合实践工作经验来看，抽油机运行状态下听表现出的抽油载荷大多处于持续变化状态下，这一运行特性决定了抽油机平衡载荷模块的扭矩不可能完全与载荷模块表现一致。若两者出现严重失调的问题，则所产生的冲击电流除可能造成能量浪费以外，还可能会对抽油机自身产生不良影响。针对该情况，建议根据抽油机电动机的额定功率来选择与配置变频机容量。在产生冲击电流的情况下，诱导变频器执行过载保护动作，对配重块进行合理调整，从而将冲击电流值控制在允许范围之内。结合实践经验，推荐冲击电流与正常工作电流的比值取系数1.5，在确保抽油机稳定运行的同时，延长启动状态下的加速时间设置。5、抽油机节能控制技术的应用5.1、改进抽油机的结构优化设计抽油机四杆机构和改变抽油机平衡方式，从而改变抽油机曲柄轴净扭矩曲线，达到减小负扭矩目的，使扭矩波动趋于平缓，减小抽油机的周期载荷系数，以提高电动机的工作效率，达到节能的目的。通过改进抽油机的结构，成为新一代的节能型抽油机，主要有异相曲柄平衡抽油机、直线电机式抽油机、双驴头抽油机、前置式抽油机、渐开线抽油机等，这些新型节能型抽油机在保持常规游梁式抽油机的优点的基础上，还具有了低冲次节能和系统效率高等优点。其中，渐开线抽油机是其中的典型代表，不但节能效果好，还使曲柄轴净扭矩曲线变化平缓，消除了负扭矩，降低了减速箱额定扭矩，减少了装机功能，是新型抽油机的研发的主要方向。5.2、电机定子绕组调压控制技术因游梁式抽油机的装机功率较大，只在启动时才负荷运转，根据游梁式抽油机的实际运行情况来看，工作的功率仅为装机功率的三分之一左右，针对这种大马拉小车的情况，采用继电接触器对抽油机电动机定子绕组进行切换，来实现对电机调压的目的，达到有效降压节能的效果。抽油机要求启动转矩大，启动时定子绕组接成三角形，当启动后正常工作时，定子绕组就会改变接法，改为星接法，通过改变电机定子绕组的接法实现减压的功能，从而减少了电量的浪费。5.3、节能控制装置的应用根据基本原理，节能控制装置可为两类，一种是变频控制装置，另一种是电能跟踪回馈装置。变频控制装置可以根据需要改变电源频率，降低电机的转速，减小电机的功率，改善电网环境，实现电机软启动，降低了能耗。但该类装置存在着频率降低时，冲次变小，影响油井的产量的缺点。电能跟踪补偿装置使用的是晶闸管调压调流控制技术，利用集成控制模块动态的根据负载变化来调节输入电机的电压和电流，电流始终保持在适合抽油机工作的状态上，保证电动机的输出功率与负荷需求精确匹配。这种装置可以自动跟随控制，在不减少抽油量的前提下实现节能效果。这类装置配还具有软启动功能，减少了冲击电流对电机绝缘的破坏、降低电机运行温度、延长使用寿命，提高了抽油机的适用性，达到高效节能的目的。总之，抽油机承受的功率有限，对电能的使用过于依赖并且使用量巨大；因此需要进行节能控制，本文分析了抽油机节能控制技术的应用，以期提供一些借鉴。参考文献[1]邢磊，李发旭.抽油机节能控制技术的应用分析[J].中国新技术新产品，2014，16：77.[2]陆勇.油田抽油机节能技术的研究与应用[D].东北电力大学，2008.[3]张金东.抽油机变速运行与节能机理研究[D].东北石油大学，2014.