產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
少用電 用好電 再生電 存儲(chǔ)電 防爆電
解決方案
抽油機(jī)械的變頻調(diào)速改造
1 引言
在我國的國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)中,石油所起的作用越來越重要,石油、煤炭已成為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。但是,我國的石油儲(chǔ)量低,開采成本高,難度大,且多處于地質(zhì)貧寒、鹽堿度高的地帶,石油的開采量已遠(yuǎn)不能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。因此降低生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)今年開采,已成為當(dāng)務(wù)之急。
經(jīng)過對(duì)油田的考察與調(diào)研,實(shí)現(xiàn)節(jié)能的直接手段就是采用變頻調(diào)速控制。對(duì)于我國的石油機(jī)械,從我國的幾大油田分析,其中傳統(tǒng)的曲桿式磕頭機(jī)所占的比例仍較大,其次潛油電泵也有相當(dāng)?shù)臄?shù)量。在油田的輸油系統(tǒng)中,大多采用高壓輸油泵技術(shù)。我們?cè)缙谂c遼河油田聯(lián)合開發(fā)的高壓變頻器,到現(xiàn)在已應(yīng)用與大慶油田、勝利油田、中原油田、遼河油田及青海油田的高中低壓變頻器,將變頻技術(shù)成功的應(yīng)用與抽油設(shè)備及附屬設(shè)施上,獲得了較好的效果?,F(xiàn)分幾個(gè)方面介紹,以期得同行業(yè)的幫助與支持。
2 曲桿式抽油機(jī)
2.1抽油機(jī)變頻器
曲桿式抽油機(jī)俗稱磕頭機(jī),是利用曲桿的作用,靠動(dòng)力的驅(qū)動(dòng),將油從1000M以下的
井下帶至地面。其工作過程為:用電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī),減速機(jī)帶動(dòng)皮帶輪,皮帶輪帶動(dòng)兩個(gè)很重的鋼之
滑塊,靠鋼質(zhì)滑塊的旋轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng),依靠杠桿作用,將盛油器提上放下,而將油帶出地面進(jìn)入輸油管道中或儲(chǔ)油罐中,完成有抽油過程。
由于油井情況復(fù)雜,油層又較深,含沙、結(jié)蠟情況嚴(yán)重,油量希稠不勻,在油井的前、中、后期就需要調(diào)節(jié)抽油量,在前期,油量充足,可讓充程短一些,加大出油量,提高產(chǎn)量,而在中后期,井下油量不足時(shí),可將充程調(diào)長一些,減少抽油量,緩沖泥沙對(duì)抽油桿的沖擊。
油田上原來的調(diào)節(jié)是靠調(diào)節(jié)皮帶輪來調(diào)整充程的,這不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力,有的單靠抽油工工都調(diào)節(jié)不了,更換皮帶輪麻煩,更換后的充程也不一定合乎要求,需要反復(fù)調(diào)整,而且這種調(diào)節(jié)方式,電機(jī)轉(zhuǎn)速不變,也浪費(fèi)了電能。
我們采用變頻器對(duì)這種抽油方式進(jìn)行了改造,調(diào)節(jié)充程時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速代替調(diào)節(jié)皮帶輪,起到了比較號(hào)的效果。在前期井中,調(diào)高電機(jī)轉(zhuǎn)速,甚至超過全速(50Hz,一般調(diào)至65Hz),使抽油量加大,提高產(chǎn)量;在中后期井中,降低電機(jī)轉(zhuǎn)速,使充程滿足工況要求,即可實(shí)現(xiàn)充程調(diào)節(jié)。這種方式簡便易行,采油工只簡單的調(diào)節(jié)一下變頻器頻率調(diào)節(jié)旋鈕即可,而且實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。在前期井中,提高產(chǎn)量也即意味著節(jié)能,低于50Hz運(yùn)行更可節(jié)約大量的能量。經(jīng)實(shí)測(cè),節(jié)電率在35%左右。
但這類變頻器有一個(gè)特殊的地方應(yīng)注意,在抽油機(jī)提升油時(shí)由于杠桿的作用,相應(yīng)的鋼質(zhì)滑塊要下落,這期間電機(jī)將超過同步轉(zhuǎn)速而發(fā)電,回送至變頻器,使變頻器的工作安全受到威脅,所以要加耗能環(huán)節(jié),將該部分能量消耗掉。
為使變頻器故障時(shí)不耽誤生產(chǎn),可加工工頻旁路,其應(yīng)用示意圖如圖1所示。變頻器運(yùn)行時(shí),開關(guān)C1和C2全部合閘,C3斷開;變頻器故障時(shí)C1和C2斷開,C3合閘;變頻器運(yùn)行,C3和C1,C2聯(lián)鎖,不會(huì)發(fā)生合閘的情況。
2.2中頻加熱電源
在曲桿式抽油機(jī)中,有很多地質(zhì)情況下油質(zhì)稠,難于開采,于是就采取了一種措施,用空心桿進(jìn)行電加熱,將稠油變稀而利于開采。
傳統(tǒng)的加熱方式式采用工頻加熱,其原理如圖2所示。
將加熱電纜放入空心桿中,空心桿放入油井中當(dāng)加熱電纜通電變熱時(shí),空心桿也變熱,從而將井中附件的油加熱變稀。
這種加熱方式一是需要專門的變壓器,將380V的三相交流電變成單相500V的交流電,引起電網(wǎng)的不平衡,污染電網(wǎng),加熱效果也不好,常會(huì)由于加熱電纜的損壞而造成工作不正常,甚至燒毀變壓器。
鑒于以上情況,我們與油田合作,研制了一種專門的電源對(duì)電纜進(jìn)行加熱,采用新型的變頻技術(shù),在中頻狀態(tài)下(大約500Hz左右)加熱,升溫快,溫度高,效果更好,而且可以節(jié)約電能,這就是中頻加熱電源。其工作如圖3所示。
采用變頻的原理,將50Hz的三相交流電,變成頻率為500Hz,電壓連續(xù)可調(diào)的中頻電源,是比較容易的。后面接一中壓變壓器,起隔離機(jī)阻抗匹配的作用。利用單片機(jī)檢測(cè)電網(wǎng)的變化、電纜負(fù)載的變化等。將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作起到很好的保護(hù)作用。
根據(jù)油田電網(wǎng)的實(shí)際,我們又開發(fā)了1140V的中壓中頻電源、這種電源已有近百臺(tái)在油田上使用,提高了加熱效果,節(jié)省了電能,得到用戶的好評(píng)。與原來的工頻相比較,節(jié)電可達(dá)33%以上。
3潛油電泵改造
在一些油田,由于油層較深,含水量較大,一般油層在2-3km,采用普通的曲桿式抽
油機(jī),開采量小,且容易出問題,于是人們就采用像抽水的潛水泵抽水一樣,將油提上來,這就是潛油電泵。
潛油電泵由于潛油較深,電纜較長,一般采用中壓輸電而減小壓降損耗,采用中壓電機(jī),一節(jié)泵潛油電泵采用1140V供電,兩節(jié)泵潛油電泵采用2300V供電。
原來的工頻控制采用工頻全壓啟動(dòng),用電機(jī)保護(hù)儀對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù),如圖4所示。
由于采用全壓啟動(dòng),對(duì)電網(wǎng)沖擊較大,電機(jī)所受扭矩較大,在油層含沙、結(jié)蠟的情況下,電機(jī)軸扭斷的情況時(shí)有發(fā)生,而電壓經(jīng)過2-3km的電纜后,到電機(jī)側(cè)將有150V左右的壓降得不到補(bǔ)償,因此時(shí)間長了電機(jī)也會(huì)被燒毀。一旦出現(xiàn)問題,將要花費(fèi)很大的的財(cái)力(油田上稱上作業(yè))將電泵提上來進(jìn)行更換、檢修,電纜被提上、放下5次就將報(bào)廢,所以損失慘重,需要進(jìn)行改造。
由于變頻器具有軟啟動(dòng)功能,可進(jìn)行軟啟動(dòng)補(bǔ)償?shù)?,故采用專用變頻器對(duì)潛油電泵進(jìn)行了改造。
潛油電泵變頻器已進(jìn)行了多方面的介紹,由于電壓的\特殊性,加之IGBT模塊的耐壓有限,我們采用模塊串聯(lián)的方式,用三電平電路實(shí)現(xiàn)了1140V-2300V電壓等級(jí),研制出了潛油電泵專用變頻器。采用低頻補(bǔ)償對(duì)啟動(dòng)不足加以補(bǔ)償控制。用低頻軟啟動(dòng),使電機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn),較好的彌補(bǔ)了工頻起動(dòng)運(yùn)行不足,而且采油工可根據(jù)油井含油量的多少調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,適應(yīng)實(shí)際工況的需求,節(jié)約了電能,收到了較滿意的效果。節(jié)電率可達(dá)到25%以上。變頻改造的示意如圖5所示。
4 高壓輸油泵及注水泵
4.1輸油泵
輸油泵是油庫生產(chǎn)運(yùn)行中主要的能耗設(shè)備。原來一般通過控制輸油泵出口閥門的開度
來調(diào)節(jié)油量,大量的能源消耗在泵出口閥前后。
在設(shè)計(jì)初期,考慮到各種工況的需求,泵的設(shè)計(jì)裕量一般較大。在一般情況下,存在
著“大馬拉小車”的情況。據(jù)測(cè)算,輸油泵出口閥門的節(jié)流損失最大占額定功率的39%??梢娔茉吹睦速M(fèi)是十分驚人的,其節(jié)能改造勢(shì)在必行。
遼河油田錦州采油廠歡三站采用我公司的高壓變頻器對(duì)一臺(tái)6KV/335KW的輸油泵進(jìn)行了改造。根據(jù)流體力學(xué)特性,改變電機(jī)轉(zhuǎn)速后,其泵所需的輸入功率會(huì)大幅度的降低,從而達(dá)到了節(jié)能效果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況,合理的調(diào)整變頻器運(yùn)行參數(shù),其綜合節(jié)電率可達(dá)37%。
4.2注水泵
在油田生產(chǎn)中,對(duì)某些油含量較少的井,采用注水方式進(jìn)行輸油,有的井油抽干后,為保持地質(zhì)平衡,也需要進(jìn)行注水。注水泵的應(yīng)用在油田上也很普遍。
由于應(yīng)用環(huán)境的惡劣,一般采用高壓電機(jī),而其功率又比較大,加之工況不同,設(shè)計(jì)裕量較大,也存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象,能源浪費(fèi)也很嚴(yán)重。
我們?cè)谶|河油田錦州采用廠歡三站對(duì)兩臺(tái)注水泵進(jìn)行了變頻調(diào)速節(jié)能改造,一臺(tái)是6kv/400kw一臺(tái)是6kv/1800kw采用高壓大功率變頻器,安裝運(yùn)行一年多,工作正常,其綜合節(jié)電率可達(dá)到46%。
5 結(jié)束語
對(duì)抽油設(shè)備進(jìn)行改造,是油田提高產(chǎn)量,節(jié)約電能的正確措施,變頻器發(fā)揮了必將繼續(xù)發(fā)揮更強(qiáng)大的作用。通過這幾年的實(shí)踐,我們已有了成功的經(jīng)驗(yàn)??梢灶A(yù)計(jì),在不遠(yuǎn)的將來,變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)更為拓展,將會(huì)成為油田改造的好產(chǎn)品。