抽油机“一拖多”转子变频调速技术现场应用及评价


抽油机“一拖多”转子变频调速技术现场应用及评价 [摘 要]随着低渗透、超低渗透油田的大规模开发,低液量油井 逐年增多,原有的机采系统在低产井日常生产过程中表现出一定的 局限性,改善系统运行工况,提高机采系统效率是有杆泵采油系统 中永恒的目标;抽油机“一拖多”转子变频调速系统是以传统串级 调速理论问基础,结合现代电力、电子技术,专门实现绕线式电机 交流无级调速的最新技术,可以实现降低油井生产能耗,提高抽油 泵效和机采系统效率。通过对耿 117 区块 100 口井进行试验,达到 了实验的目的。 [关键词]一拖多;变频调速;参数优化;节能降耗 中图分类号:te257 文献标识码:a 文章编号:1009-914x(2013) 14-0150-01 抽油机作为应用最普遍的石油开采机械,因其具有结构简单、可 靠性高、耐久性好、维修管理方便、能适应严酷的自然条件等优点, 因而自 19 世纪发明以来,一直被国内外油田大量应用;但随着油 田开发的不断深入,油藏地质条件日益复杂,导致目前机采系统在 低渗透油田开发中存在一定的局限性: 1、机采系统效率低 通过对国内外油田相关资料统计,长庆油田平均泵效 40.1%,机 采系统效率 19.9%,均低于股份公司平均水平和国外其他油田。石 油开采中最普遍的机械已经有 100 多年的采油系统用电约占油田生 产总用电的 60%左右,是主要能耗大户。 2、原有技术很难实现最佳的供排协调 目前的机采系统条件下油井抽汲参数是不连续的,是一个由泵 径、冲程和冲次组成的有级组合,很难与地层供液量达到最佳匹配, 同时地层供液在一定时间段内是动态变化的,导致调参工作量大, 且很难做到设计排量恰好等于实际产量。 3、抽油机系统本身存在缺陷 (1)游梁式抽油机转动惯量大,而且是带负载启动,启动时需 要较大的启动转矩,启动电流是运行电流的 4~6 倍,同时为了防 止井下发生卡阻等故障时电机过载,因此对电动机的功率需求大; (2)游梁式抽油机负载是周期性变化的,并且最小、最大负载 差距大,因而驱动电机的电流也是周期性变化的,导致电机“倒发 电”普遍,污染电网,抽油机平衡性越差,倒发电现象越严重。 一、抽油机“一拖多”转子变频调速技术概况 “一拖多”转子变频能量回馈调速技术是以传统串级调速理论为 基础,结合现代电力电子技术,专门实现绕线式电机交流无级调速 的最新技术,突破解决了“功率因数低和谐波分量大”两大技术瓶 颈,同时无论电机多少,均只需一套逆变单元实现“一拖多”能量 回馈功能,每台电机速度均单独可调;相比变频器技术来讲,“一 拖多”转子变频能量回馈调速系统具有节电率高、结构简单、价格 低等突出优点,更易为用户接受;此技术具有自主知识产权,已申 请获得多项国家发明专利及国际专利 pct 保护。该技术经湖北省科 技厅鉴定为:总体技术处于国际先进水平,其中“一拖多”技术达 到国际领先水平!填补了国际国内空白,将对我国交流无级调速和 节能减排发挥重大作用,也将彻底改变我国长期以来电机节能和调 速传动技术依赖进口变频器的被动局面。 1、技术原理 从原理图结构上讲,产品主要包括转子整流、直流斩波调速和逆 变回馈三部分,整流器将三相转子输出的频率变化的交流电,变换 成直流,斩波器控制电机转速,逆变器则将转差能量(直流)逆变 成和电网同频同相的 50hz 交流电。“一拖多”系统中,各电机速度 均可单独实现无级调速,负载功能可同可异,数量不受限制,能量 回馈只需一个逆变器来完成。(如图 1) 2、技术优势: 在抽油机上应用该技术,可实现抽油机无级调速、能量回馈和远 程控制,改变传统的更换皮带轮调整冲次的方法,抽油机起动冲击 小、运行平稳、安全度高,可有效延长检泵周期、减少人工和管理 成本,与数字化系统融合具备自动寻优运行功能,有效提高抽油机 泵效,具有显著的经济效益;且具有以下保护功能:超速限制、断 相保护、欠压保护、欠流保护、过流保护、电机过载保护及防雷。 3、 现场设备: “一拖多”转子变频回馈调速系统目前仅针对三相 380v 50hz 电 压等级设计,包括一台能量回馈逆变柜、多台绕线电动机和多台转 子变频调速柜。 二、现场安装及试验情况: 2010 年 10 月开始对实施的 13 个井组安装 dt862 型三相四线有功 电能表,并实施前井组日耗电量进行计量,便于节电效果分析效果; 并组织专业测试人员对单井系统效率进行测试,通过测试单井平均 有功功率 0.739kw,平均井下效率 43.53%,平均地面效率 42.36%, 区块平均功率因数 0.399,区块平均系统效率 18.56%,用电单耗为 3.65 kw·h/100·t。通过井组安装的三相四线有功电能表进行计 量,实施的 100 口平均日耗电 11004.2kw,平均单井日耗电 110 kw。 2010 年 10 月-2011 年 3 月完成 100 口井现场所需设备的安装和 调试工作,目前 100 口井均实现变频运行,2011 年 4 月份开始结合 区块油井生产动态,先后对 59 口油井参数进行优化和平衡调整, 根据油井生产情况,冲次最低可调至 1.0 次/分,通过优化油井参 数供排关系进一步合理,生产平稳,抽油泵效得到了大幅提升。 三、现场使用效果分析 1、实施的 100 口油井均实现无级调速,改变了传统的通过更换 皮带轮的方式调整冲次,最低冲次可调整至 1.0 次/分,无级调速 使油井参数更符合生产需要,大大降低了一线员工的劳动强度和作 业安全风险,提高了工作效率。 2、根据油井生产动态,对 59 口油井生产参数进行优化、平衡调 整,通过优化调整,通过井组电度表跟踪结果表明,平均单井日节 电 21.5kw·h(使用前 110.4kw·h↓88.5kw·h),综合节电率达到 19.0%,节能降耗效果较好。 2、根据油井生产动态,对 59 口油井生产参数进行优化、平衡调 整,通过优化调整,油井供排进一步合理,油井生产平稳,平均泵 效提高 3.1%

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