油田抽油机节能问题（共7篇）
油田抽油机节能问题 篇1
在石油开发的过程中, 将石油开采出来的方式有两种。一种是利用石油自身的压力从油井里面自动喷射到地面上叫做自喷采油。另一种就是使用动力将油井里的石油抽取到地面上来的方式称之为机械采油。目前我国的石油开采经过了几十年的发展, 多数的油田已经不能自喷采油了, 大部分采用抽油机向外抽油的采油方式。但是我国在利用抽油机作业时存在众多的问题, 致使抽油机的工作效率远远低于国外的作业水平。因此, 我们有必要对这些问题进行分析与研讨, 以提高抽油机的效率。为节省能源和降低能耗支持可持续战略的发展做出努力。
1 关于抽油机能量损失的分析与探讨
抽油机的能量损失是指抽油机在完好工作状态时的损耗与实际损耗之间的差距比例。一般影响抽油机能量损失的有两大因素, 即可避免损失与不可避免的损失。可以避免的损失我们称之为人为的损失, 不可避免的损失我们称之为自燃损失。众所周知, 能量守恒定律只有在真空的状态下才有可能实现, 抽油机的工作会牵涉到各种各样的摩擦力, 比如说石油与抽油机管道产生的摩擦损耗、抽油机的联动装置之间的摩擦损耗等等。这些损耗往往有其不可避免的原因所在, 但是我们在操作的过程中可以合理的降低这些损耗。这也是我们研究的主要方向和重点内容。下面我们就主要来探讨一下抽油机的能量损失原因。
1.1 变速箱的损失
变速箱是抽油机的动力装置, 这个动力装置可以是机械动力也可以是电力动力。无论选择那种动力都不能避免因为热损耗和摩擦损耗带来的能量损失。对于这种损失我们统称为变速箱损失。变速箱损失主要体现在两个方面, 正常的热损失和摩擦损失人力不能够避免, 但是由于发动机的操作不当或者是年久失修以及维护不当引起的损失我们完全可以避免。主要的做法就是对变速箱进行状态检修的方式, 即定期关注发动机的工作状态对其存在的故障以及潜在故障进行控制与管理, 使变速箱能够长期的处于良好运行的状态。自然而然的能量损失就可以得到很好的控制。
1.2联动装置和其他附件造成的能量损失
电动机与抽油设备之间的联动装置以及油泵头、输油管等等其他附件的能量损失也主要来自于两大方面。即正常的摩擦损失及非正常工作状态下的能量损失也可以称之为工作效率低引起的能量损失。具体的包括以下几个方面:
1.1.1 传动部件上的能量损失
主要体现为摩擦损失、或者是皮带损失。因为不同的皮带在摩擦力上有着大小不同的表现。
1.1.2 减速箱损失
主要是摩擦损失, 或者说是由于磨损严重致使的能量损失。
1.1.3 四连杆装置损失
主要是轴承摩擦损失或者是钢丝绳变形带来的能量损失。
1.1.4 抽油泵能量损失
抽油泵能量损失主要体现在机械损失, 水力损失等几个方面。
1.1.5 推油杆的能量损失
主要体现为磨损导致的能量损失或者是变形导致的摩擦力加大带来的能量损失。
2 关于抽油机节能的一些措施的分析与探讨
通过研究与探索了抽油机发生能量损失的原因与状况, 我们就针对性的制定一些有效的措施。以便于可以更好提高抽油机的工作状态达到节能的目的。主要的措施和方法体现在以下几个方面:
2.1 采用节能型的抽油机
抽油机的发展过程也是随着人们对于它的要求日益提高来进步的, 目前石油开采中经常使用的节能抽油机主要有:直线电机式抽油机, 前置式的抽油机、双驴头抽油机以及渐开线抽油机等等。
(1) 直线电机式抽油机, 是直接将电能转成往复冲程的加压抽油动力, 减少了动能到机械能的转化过程。从而减少了自然摩擦的消耗, 从根本上降低了能量的消耗。
(2) 前置式抽油机缩短了联动装置以及轴承和传送带的距离, 从根本上降低的摩擦力提高了抽油机的工作效率。
(3) 双驴头抽油机是基于之前采用的抽油机进行的改良, 在工作效率和使用功能上都有很大程度的提高。
(4) 渐开线抽油机主要是通过改良轴承的扭矩, 是指趋向于省力的一面。降低了扭矩的自然损耗, 从而提高了抽油机节能能力。
2.2 抽油机的节能电力控制
由于目前的石油开采多采用水加压的方式使石油能够进入到油井, 然后再通过抽油机作业将其引入到地表。由于石油导入油井有一个是奖赏的差距或者是量上的差异, 并不能满足抽油机的全力工作需求。经常性的会导致空抽或者是入不敷出的现象发生。针对于这种不必要的能量损失, 我们主要采取以下几种节能方法来实施控制与管理。
2.2.1 安装自动间歇性的抽油机继电控制器
这种装置是针对空抽现象专门设置的, 其工作的原理是通过对井底石油的压力状况来控制抽油机的工作状态。在井底石油供应量好、量比较大时抽油机将快速的运转以最快速度抽取石油。当井底石油量小、供应慢时则小功率的运行不至于抽空现象的发生。这种装置可以很好的实现节能的目的, 但是安装的费用比较大。
2.2.2 变频调速节能
变频调速节能是由于很多油井的渗透能力达不到抽油机的容量, 但是抽油机又不能间歇性作业的石油开采工程, 就需要通过变频降低抽油机电机转速来降低动力能耗。现代低压变频设备已经是非常成熟的产品了, 这就为抽油机的变频调速提供了大大的可能。变频调速的优点主要体现在: (1) 大大节省了抽油的电力消耗。 (2) 可以为油田的石油开采增加产量。由于变频控制是根据是有的渗透能力来进行抽取作业的, 因此能够达到抽取的最前状态。普遍的会增产百分之一到百分之四。
3 总结
本文主要通过分析抽油机的能量损失原因, 来针对性的制定了一些关于抽油机节能的措施与建议。旨在与同行业人士进行交流与学习, 同时也希望有更多的从业人士参与到这项工作的研究中来。为了石油开采的低能耗发展和国家的可持续发展战略做出应有的努力与奉献。
摘要：世界能源危机与能源价格的不断上涨是世界各国都重点关注的问题。作为不可再生的资源, 用开源来解决能源匮乏问题显然是治标不治本的方法。因此, 加强能源开发与使用中的节流或者说是节能才是目前切实可行的好办法。加强开发中的节能问题需要我们从能源开发的每一个环节进行着手, 油田抽油机作为石油开发中的大型设备。其节能问题是需要我们重点关注的一个环节。我们主要从抽油机损失的原因和节能措施两方面来探讨抽油田抽油机节能问题。
关键词：抽油机,节能,原因,措施,探究
参考文献
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油田抽油机节能问题 篇2
变频调速器具有低速软启动, 转速可以平滑地大范围调节, 对电动机保护功能齐全, 如短路、过载、过压、欠压及失速等, 可有效地保护电机及机械设备, 具有运行平稳、可靠, 提高功效等诸多优点, 是抽油设备改造的理想方案。但是, 将变频器用于抽油机拖动时, 也有几个问题需要解决, 主要是冲击电流问题和再生能量的处理问题, 以下加以分析。
1. 闭环控制的采样问题
抽油机利用变频器调速, 使之动态适应油井负荷的变化, 达到节电的目的, 必须要加外部传感器, 否则无法实现闭环智能控制, 只能实现人工定值控制。所采用的传感器的类型, 与间抽控制器大体相同, 但是在要求上是有差别的。流量检测是最直观、最准确的方法, 如果能实现小流量检测并解决防堵问题, 应尽量采用流量传感器。光杆载荷传感器也能用来检测井下液量的多少, 与间抽控制不同的是, 闭环调速控制只要求载荷的变化趋势, 不需要标定空抽设定值。光杆的平均载荷大, 说明井下液量少, 应减速运行, 反之则可加速运行。电流控制不可取, 因为这里除了配重的影响外, 当电机调速时, 电流也是随着变化的, 因此不能将电流信号用作控制依据。
2、再生能量的处理问题
由于抽油机属位能性负载, 尤其当配重不平衡时, 在抽油机工作的一个冲程中, 会出现电动机处于再生制动工作状态 (发电状态) , 电动机由于位能或惯性, 其转速会超过同步速, 再生能量通过与变频器逆变桥开关器件 (IGBT) 并联的续流二极管的整流作用, 反馈到直流母线。由于交-直-交变频器的直流母线采用普通二级管整流桥供电, 不能向电网回馈电能, 所以反馈到直流母线的再生能量只能对滤波电容器充电而使直流母线电压升高, 称作"泵升电压"。直流母线电压过高时将会对滤波电容器和功率开关器件构成威胁, 为了保护电容器及功率开关器件的安全, 所以, 变频器都设置了直流母线电压高保护停机功能。
2.1 增大变频器直流母线上滤波电容器的容量, 将再生能量储存起来, 等电动状态时再释放给电动机作功。这种方法对节能有利, 但是电容器的储能作用是有限的, 在大容量或者负载惯量大的系统中, 不可能只靠滤波电容器来限制泵升电压。
2.2 采用"放"的办法, 可以采用由分流电阻器Rp和开关管S11组成的泵升电压限制电路。也就是将回馈能量消耗在电阻上, 这是一种耗能的方法, 对节能不利。尤其是在大容量或者大惯量拖动系统中, 能量的损失较大。
2.3 对于地处北方寒冷地区的抽油机, 为了在冬季增加原油的流动性和防止结蜡, 而对井口回油管进行电加热, 如采用中频加热装置。这时也可将变频器与中频电加热装置共用整流电路及直流母线, 这样可将电动机回馈到直流母线上的再生能量用于中频加热器, 同时又防止了直流母线电压的泵升。
2.4 对于同一井场上有多口油井的场所, 可以采用共用直流母线系统方案, 即若干台抽油机的变频器可共用一台整流器, 将其直流母线联结在一起, 利用各变频器的回馈能量不可能在同时发生的原理, 将某一台变频器的回馈能量作为其他变频器的动力。这样即节约了能量, 又防止了泵升电压的产生。
2.5 对于更大功率的系统, 为了回馈再生能量, 提高效率, 可以采用能量回馈装置, 将再生能量回馈电网, 当然这样一来, 系统就更复杂, 投资也就更高了。所谓的能量回馈装置, 其实就是一台有源逆变器
3. 冲击电流问题
游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构, 其整机结构特点像一架天平, 一端是抽油载荷, 另一端是平衡配重载荷。对于支架来说, 如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致, 那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。在平衡率为100%时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等, 平衡率越低, 则需要电动机提供的动力越大。因为抽油载荷是每时每刻都在变化的, 而平衡配重不可能和抽油载荷作完全一致的变化, 才使得游梁式抽油机的节能技术变得十分复杂。因此, 可以说游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术。
据笔者对某油田18口井的调查, 有6口井配重偏大, 从而造成过大的冲击电流, 冲击电流与工作电流之比最大可超过5倍, 甚至超过额定电流的3倍!不仅浪费掉大量的电能, 而且严重威胁到设备的安全。同时, 也给采用变频器调速控制造成很大的困难, 一般变频器的容量是按电动机的额定功率来选配的, 过大的冲击电流会引起变频器的过载保护, 不能正常工作。
通过对抽油机曲柄配重块的调整, 可以使冲击电流降到电机额定电流之内, 冲击电流与正常工作电流之比在1.5倍以内。这样, 选用与电机额定功率同容量的变频器, 甚至略小于电机额定功率的变频器 (要视抽油机电动机的负载率而定) 都可以长期稳定运行。由于抽油机的起动扭矩往往很大, 惯性也很大, 所以要将变频器的加减速时间设置得足够长, 一般为30~50s, 才不致在起动时引起过载保护。
4. 电磁兼容性问题
这里主要讲电磁干扰 (EMI) 问题, 即变频器对微电脑控制器, 传感 (变送) 器及通信设备的干扰问题。变频器是一个很强的电磁骚扰源, 变频器中的开关器件, 以及SPWM电压波形, 会对控制及通信系统造成很大的干扰。干扰的途径, 除了感应、辐射之外, 还包括传导干扰, 即通过连接导线传导的干扰。在控制系统中, 变频器只是一个执行机构, 它的运行频率 (速度) 指令由控制器通过对油井液量等信号的控制运算后给予, 变频器就通过控制信号线, 给微电脑控制器造成了很大的干扰, 以致使控制器无法正常工作。因为是传导性干扰, 采用屏蔽线是不解决问题的, 要从信号线上的共模及差模干扰入手, 采用共模与差模滤波器, 才能解决干扰问题。
5. 结语
抽油机在油田的使用量大, 而负载率普遍偏低, 功率因数则更低, 电能的无谓浪费严重, 节能降耗潜力巨大。变频调速系统, 使抽油机动态适应油井负荷变化, 也可方便地进行调参。配以流量、载荷等传感器, 可实现最经济的控制。同时其软起动性能好, 对延长抽油机寿命, 减少维护费用有利。能耗基本上与转速成正比, 在部分可以降速的场合可以节能。因此, 应通过加大科研开发和应用力度, 提高油田管理水平, 提高油田技术人员和工人的文化素质, 使变频控制技术广泛应用在我国各大油田抽油生产中, 使我国在抽油机变频控制技术方面继续保持世界领先地位.
参考文献
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油田抽油机节能控制系统的应用 篇3
1 抽油机节能控制系统
为了使电动机既处于高速平稳的工作状态, 又能达到降低电能损耗的目标, 应该掌握以下几点:
1) 抽油机属于任何降压启动方式都无法替代的重载启动, 在反复试验后得出结论:只有三角形全压启动才是唯一的解决办法。
2) 抽油机在正常运行时的平均输出功率只有电动机额定功率的1/3左右, 输出转矩仅为额定转矩的30%左右。
3) 抽油机遇突发事件而导致负载波动较大时, 转换器应快速地将电动机改为Δ接法运行。
抽油机节能控制装置采用单片机控制继电接触器切换Δ-Y控制装置对电动机正常工作时的电流与电压进行监测。电动机荷载较小时, 单片机控制接触器将电动机切换为Y运行模式, 这样电动机自身损耗大大降低;反之, 如果电动机荷载较大, 单片机将切换为Δ运行模式。为了确保节能控制装置稳定运行, 该装置还具有短路、缺相、过载等保护功能。
2 节能控制系统的结构设计
2.1 硬件设计
抽油机节能控制装置包括:中央控制器、继电器接触调压电路、负载检测装置、有功功率电度表等。主要通过以下流程进行运转:检测装置 (信号采集) →微处理机 (计算平均有功功率及接收和发出指令) →交流机电基础器 (Y/Δ) →异步电动机 (图1) 。
装置接通电源30 s后, 报警装置自动启动, 并且提示在场的工作人员不能接近操作现场, 紧接着检测装置开始对异步电动机的负载电流和电压进行采样, 并将数据传输给单片机, 软件通过系统处理显示抽油机的平均有功功率, 与此同时将此数据与临界值进行比较从而做出判断进行切换, 借助继电接触器控制输出电路对电动机进行调压。
2.2 软件设计
系统主要运用模块化设计, 将辅程序划分为多个小模块, 与主程序紧密结合起来。这种系统初始化的辅程序的主要功能是设置运行的基本参数, 对于设置不完整或需要修改的, 不仅可以通过主模块修改设置, 也可以通过其他模块登陆修改。单片机传输来的平均功率和Y-Δ功率临界值进行比较, 继电接触器根据计算结果对电动机进行Y-Δ转换, 从而达到降压的目的。
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 现场应用
表1是某井安装节能控制系统后所得出的数据, 为了确保抽油机在相同的运行条件下, 采用控制变量法, 该井配备的抽油机驱动电动机额定功率为30 k W。
从检测数据可知, 抽油机节能控制装置可以降低电能损耗20%左右。节能控制柜能够平稳运转, 实现了通过调整电压来降低电能损耗的的目标。装置对电网污染较少, 故障发生率较低, 安全可靠, 并且完成了过电流、过电压、欠电压和过载保护、手动与自动转换的功能操作[2]。
5 结束语
抽油机节能控制系统采用软件和硬件结合, 可以确保抽油机驱动电动机运行在低损耗状态, 不仅能够降低电能的损耗, 而且增加了原油的开采量, 提高了效率。抽油机的一个运行循环系统中, 控制装置不会影响它的采油效果, 即工作冲速不发生改变, 有效地减少和防止电动机在承受过大的负载时遭受损害。抽油机节能控制装置不仅可以依据每台机器荷载功率的不同做出选择最大效益的方案, 而且大大地减少了设备的投资成本, 节约资源。
摘要：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, 保证抽油机在不同电压下设备的正常运行。抽油机节能控制系统通过软件和硬件结合的设计方式, 确保抽油机驱动电动机在低损耗状态下运行, 使抽油机在不同的电压情况下出油量达到最佳的状态, 从而实现高效率、低消耗的生产目标。
关键词：抽油机,远程控制,输出功率,节能
参考文献
[1]郑钢锐, 梁士军.节能型抽油机控制箱的现状和发展[J].应用能源技术, 2000, 17 (3) :5-7.
油田抽油机节能器的设计与实现 篇4
在能源紧缺,电力严重不足的情况下,节能成为很重要的议题。抽油机是油田主要生产设备,对于低渗透率油田,油位形成比较慢,大部分抽油机很长时间都在空转中,这将浪费大量电能,并造成抽油机磨损,影响抽油机寿命。
目前,国内外抽油机控制大部分采用人工现场观察,手动控制或定时控制方式,这样耗费人工,并且控制精度差,不能根据油井实际情况控制抽油机工作状况。少数油井使用的节能器基本上是根据抽油机负载变化或抽油机的供电状况来调整电机的输出功率,这种方案对原有控制系统改造复杂,并且不能直接反映井下油位高低。
抽油机节能器根据油井井下油位的高低控制抽油机的工作状况,当油位上升到特定位置时,抽油机自动开始抽油;当油位较低时,抽油机自动停止抽油,这样可减小抽油机空转时间,节约电力资源,起到节约降耗的作用。
1 项目技术方案
1.1 系统硬件结构设计
抽油机节能器是以单片机为核心的测控设备,主要实现参数测量、油位计算、实时数据存储和抽油机控制。系统由6个模块组成,分别是油位测量模块、温度测量模块、单片机控制模块、数据存储模块、油位显示模块和抽油机驱动控制模块。系统结构如图1所示。
1.1.1 油位测量模块
油位测量模块是用超声波传感器为测量器件,根据超声波在空气中传播的反射原理,应用单片机控制在超声波发射器上产生40kHz的超声波信号,接收模块用来监测回波信号,并传送至单片机,单片机根据测量超声波在空气中传播的时间差来测量距离,其结构如图2所示。超声波传感器为非接触式传感器,与油位之间有一定的距离,不会造成传感器污染和腐蚀,测量精度较高。
1.1.2 温度测量模块
声波在空气中传播时,空气的温度、大气压力、湿度等影响超声波的声速,其中空气的温度对超声波的影响最大。为了减小误差,避免因环境温度而带来的测量偏差,必须对环境温度进行检测,并通过计算消除环境温度所引起的偏差。系统采用美国DALLAS半导体公司生产的可组网单线数字温度传感器DS18B20检测环境温度。该传感器是“一线总线”的数字方式传输,可以大大提高系统的抗干扰性。
1.1.3 单片机控制模块
单片机控制模块是整个系统的核心,主要功能是接收采集的数据参数,进行数据计算,实现对抽油机的实时控制。单片机性能直接影响系统的工作稳定性和可靠性,考虑到抽油机的工作环境较差,为增加可靠性和控制产品成本,单片机选用8位工业级芯片。
1.1.4 数据存储模块
油位数据的存储不仅用于分析本油井的油位变化情况,还用于分析所在区块的油位变化,作为油井堵水、调剖选井决策依据,对提高油井采收率有一定的参考作用。针对有油井位置分散、距离较远,网络通信环境较差这一情况,节能器中可配备128K的FLASH芯片,用于定时将油位数据存储在FLASH中,工作人员可定期到现场将数据导入便携式电脑中,FLASH可存储一个月的油位数据,成本较低。
1.1.5 抽油机驱动控制模块
抽油机控制模块是实现节能降耗的关键,单片机根据油井参数计算油井井下油位,通过控制抽油机的驱动电路控制抽油机运行状况。当油位到达一定高度时,抽油机开始工作,当油位较低时,停止抽油机工作,这样可减少抽油机空转时间,起到节能降耗的作用,尤其对低渗透率油井和生产后期的油井效果更为明显。
1.1.6 油位显示
油位显示模块可实时显示井下油位,用于在系统调试时和日常维护时观察油位变化。显示采用4位LED模块,可靠性高,控制方便。
1.2 关键技术
1.2.1 干扰问题
干扰问题主要考虑两个方面的内容,一是系统外界环境中高频噪声及电源等对信号产生的干扰,二是超声波发射传感器在谐振的时候带动空气振动,会直接传到距离很近的超声波接收传感器,即引起所谓的绕射现象,而且绕射的回波信号要比反射回来的回波信号要强,因此在这段时间内形成盲区。对高频信号和电源干扰可以通过选择合适的元器件,加之滤波电路就可以消除,对接收部分的信号放大处理也可以采用隔离抗干扰技术。这样的处理一般都可以很好的消除干扰。系统抗干扰措施必须从硬件和软件两方面着手。为了抑制外部干扰,接收的前置放大级采用专用的滤波芯片,有效抑制40k Hz以外的频率。在设计上电路元器件选用低噪声器件,通过采用合理的布局,良好的印刷版布线,并注意进行屏蔽,可达到良好的抗干扰效果。
1.2.2 安全认证
油田设备安全问题是需要考虑的重要问题,防腐防爆至关重要,电路设计一定按照安全等级进行设计,并进行安全认证。
2 软件系统设计
在系统硬件构架了超声测距的基本功能之后,系统软件是配合硬件实现数据的处理和应用。根据以上所述系统硬件设计的结构,软件需要实现以下功能:
1)信号控制
在系统硬件中,已经完成了发射电路、回波接收电路、温度补偿电路的设计。在系统软件中,要完成发射脉冲信号、温度测试、输出显示及抽油机的工作状态控制。
2)数据存储
为提高精度,油位数据用单精度形式进行存放,由于油位形成比较缓慢,采集的数据1分钟左右存放一次,这要128K的FLASH就可存放近一个月的数据。
3)信号处理
再根据传感器安装的位置就可确定油位高低。
超声波发射到接收之间的时间与实际的距离值之间转换公式为:S=0.5×V×T
其中,T为发射信号到接收之间经历的时间,V为超声波在空气中传播的速度,S是超声波传感器距油位的距离。
4)数据传输与抽油机控制
经软件处理得到的油位数据一方面输出到LED显示。另一方面控制抽油机的工作状态。
2.1 主程序结构
主程序是单片机程序的主体,完成系统的初始化、超声波发送、温度监测、计算、油位显示和抽油机控制的功能,并实时响应各中断服务程序。主程序流程图如图3所示。
2.2中断程序
中断服务程序用于处理接收回波信号,在主程序中定时发射的40kHz脉冲信号产生声波信号,声波遇到障碍物反射后经接收检测电路产生外中断信号至单片机。在中断服务程序中,计算从发射声波到收到回波的时间,并将时间值传递给主程序用于油位的计算。中断服务程序结构如图4所示。
3 结论
目前中型油田每年有近2000口油井投入生产,加上正在生产的油井有上万口。对低渗透率油田油层形成比较缓慢,既使高产油田在生产后期油层形成也比较缓慢,据陕北地区的油田统计,抽油机每天有10多小时在空转中,大部分抽油机的工作功率为30千瓦以上,按30千瓦计算,每天多消耗电能300千瓦,安装节能器后每口井每年可节省电能可节省电能262.8万度。在国家能源紧缺的情况下,如果每口抽油井都安装节能器后,节省电能就相当可观,并且节能系统还可降低抽油机磨损,延长抽油机寿命。油田抽油机节能器有很好的应用前景和社会效益。
摘要：低渗透率油田,油层形成缓慢,抽油机每天空转时间较长,造成抽油机磨损和浪费电能,采油成本增高,抽油机节能器就是为解决这一问题而设计的。抽油机节能器是以超声波发射器和接收器作为传感器的单片机测控设备,通过超声波发射至油位并接收反射的时间来计算抽油井井下油位高度,实现对抽油机运行状况的控制,从而减少抽油机空转时间,起到节能减排和减小抽油机磨损的作用。本文对抽油机节能器的开发进行了比较详细地论述,抽油机节能器将会有很好的应用前景和社会效益。
关键词：节能器,单片机测控系统,超声波传感器
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油田抽油机节能问题 篇5
1 节能原理
1.1 抽油机工况平衡对抽油机耗能的影响
抽油机井生产过程中, 杆柱上行时, 抽油机悬点静载荷为整个液柱质量加杆柱质量, 杆柱下行时, 悬点静载荷仅为抽油杆柱在井液中的质量, 同时游梁式抽油机在运行过程中悬点加速度一直在变化, 近似为余弦曲线, 因此悬点动载荷加在抽油机减速器上的净扭矩始终在变化。上冲程时, 扭矩很大, 下冲程时, 产生负扭矩, 从而减速器带动电动机发电, 对电网造成很大冲击。一般在游梁后臂或抽油机曲柄上设置平衡重以平衡下冲程的负扭矩和减小上冲程正扭矩。平衡重设置的原则是尽量避免负扭矩, 上、下冲程减速器扭矩接近。
由于减速器输出扭矩及电动机功率不易测量, 目前一般用钳形电流表对抽油机上、下冲程电流进行测量, 然后调整游梁平衡重的质量或曲柄平衡重距离。该方法除存在需要反复停机调整的缺点外, 因电流表无法判断电流正负, 还可能出现抽油机虚假平衡误判。抽油机工况平衡度越高, 越节能, 反之造成大量的电能浪费。
1.2 抽油机最佳冲速对抽油机耗能的影响
在油田开发后期, 由于地层压力不足等原因造成油井供液不足。在已定工况下, 抽油机冲速越高, 耗电量越大, 应根据油井供液情况, 合理选择抽油机冲速。
抽油杆上冲程被拉伸, 下冲程被压缩, 抽油泵柱塞实际冲程小于光杆冲程, 抽油机井理论产液量应由柱塞实际冲程进行计算。使用该软件计算出理论产液量并与实际产液量进行比较, 如果供液量不足, 应减小抽油机冲速, 或间歇采油, 以实现节能。
1.3 抽油机设计软件
游梁式抽油机设计计算软件是基于VB6.0的Windows界面操作程序, 界面友好, 操作简单, 软件主界面如图1。软件设计时充分考虑工况, 支持四级杆柱及带加重杆油井的计算;由于摩擦载荷和振动载荷不足全部载荷的5%, 计算时可以忽略。
2 计算实例
2.1 井况工艺参数及抽油机基本数据
井况工艺参数:下泵深度1200 m, 动液面深度1100 m, 油管直径73 mm, 杆柱25 mm×22 mm, 比例2∶3, 抽油泵柱塞直径57mm, 液体密度0.87 t/m3, 油管不锚定[2]。选用常规CYJ8-3-48HY型抽油机, 主要参数如图2。游梁平衡重重心为4 m, 抽油机结构不平衡重为-1.2 k N, 抽油机冲速9 min-1, 抽油机旋转方向为逆时针[3]。
2.2 利用软件进行理论计算
将抽油机四连杆参数及井况工艺参数分别输入软件, 如图2、图3, 计算得出游梁平衡重为38.5k N, 即3928 kg。理论产液量为72 m3/d, 如图4。
2.3 计算结果分析
根据软件计算结果, 应将4856 kg的平衡块加在游梁上, 然后用钳形电流表测量抽油机上、下冲程峰值电流, 若电流大小相差不足15%, 则认为抽油机处于平衡状态。将实际产液量与理论产液量进行比较, 如果实际产液量小于理论产液量的50%, 则需减小抽油机冲速或间歇采油;如果实际产液量大于理论产液量, 可考虑减小抽油机冲程, 增大冲速。
3 结语
由于抽油机设计软件能够给出游梁平衡重 (曲柄平衡半径) 的具体值以及产液量的理论值, 因此应用该软件能帮助采油工艺人员判断抽油机运行状况是否良好, 通过调整抽油机工况平衡及合理冲速达到提高抽油机井系统效率和生产节能的目的。此外, 还可应用该软件对拟采用的多种抽油机进行模拟优化选型, 对比减速器净扭矩大小, 一般净扭矩小的抽油机更节能。
摘要：抽油机耗能约占油田开发总用电量的四分之一。我国油田抽油机井系统效率较低, 仅为国外抽油机井系统效率的60%左右。抽油机设计软件通过给出工况下游梁平衡重 (曲柄平衡半径) 的理论值以及抽油机的最佳冲速, 帮助采油工艺人员将抽油机调整到较好的工作状态, 从而提高管理水平, 达到生产节能的目的。
关键词：抽油机,设计软件,计算实例,节能
参考文献
[1]陈宪侃, 叶利平, 谷玉洪.抽油机采油技术[M].北京:石油工业出版社, 2004:123-155.
[2]胡胜忠.石油工业新技术与标准规范手册[M].黑龙江:哈尔滨地图出版社, 2005:226-244.
油田抽油机节能问题 篇6
青海油田采油一厂针对常规游梁式抽油机平衡效果差、效率低及能耗高等问题, 研发并应用了游梁式抽油机弹簧节能装置。抽油机安装该装置后, 在同等技术参数条件下, 实现节电25%以上, 既减少了常规老式抽油机的维修, 又达到了节能降耗的目的。
1 抽油机弹簧节能装置
目前青海油田采油一厂主要运用提液采油方式, 采油设备主要采用抽油机。目前全厂共有各型抽油机1168台套, 其中常规游梁式抽油机565台套。针对常规游梁式抽油机平衡效果差、效率低及能耗过大等缺点, 对其进行节能改造。
游梁式抽油机弹簧节能装置是针对常规游梁式抽油机进行的节能改造, 在游梁前端加装弹簧节能装置, 完全取消抽油机平衡块, 减小了曲柄质量, 取消了大回转半径的配重块。
设计安装尺寸根据单井的冲程长度, 不同抽油机停留在上止点时游梁到底座的距离不同, 弹簧节能装置的总长将不同, 现场安装时需对尺寸进行调整。
弹簧是该装置最关键的部件, 规格、材料及制造均需要严格要求。
1) 弹簧材料:60Si2MnA。
2) 弹簧几何尺寸计算:按照标准GB/T1239.6—1992。
3) 弹簧型式:圆柱螺旋压缩弹簧。
弹簧规格:
◇ϕ155×1350×22 (3型抽油机)
◇ϕ175×1350×25 (5型抽油机)
◇ϕ215×1280×35×2 (8型抽油机)
◇ϕ215×1280×35×3 (10型抽油机)
4) 弹簧钢丝要求:弹簧钢丝必须是整根圆钢, 中间不允许有拼接, 其表面应光滑, 不得有明显缺陷。
弹簧成型:均采用热卷成型方式, 均需在专用工装上绕制完成。
5) 弹簧热处理:热卷弹簧成型后, 必须进行均匀热处理, 即淬火、回火处理, 热卷弹簧成型后, 应进行喷丸处理。弹簧制造完成后, 表面应进行防锈处理。
2 结构及工作原理
游梁式抽油机弹簧节能装置由缸筒、活塞、弹簧、调节顶丝、固定连接座等组成。平衡装置上端用螺丝连接在游梁上, 下端用螺丝连接在底座上。
游梁式抽油机弹簧节能装置是将弹簧蓄能回收系统与常规游梁式抽油机相结合, 将平衡原理归入功率回收来考虑, 把游梁式抽油机抽油杆等下降的重力势能转化为弹性势能, 使游梁式抽油机由单纯的机械平衡达到系统自身的功率和转矩平衡, 实现能量回收和再利用。即当抽油机上行时, 抽油机载荷通过弹簧作用在活塞上, 产生向上的弹力, 平衡了抽油机上行时抽油杆的重力和部分油液的提升力;当抽油机下行时, 在抽油杆的重力和抽油机动力的作用下, 压迫活塞下行, 将弹簧压缩储能。这样, 抽油机上下行程重复运动, 减少动力做功, 降低抽油机负荷, 削减常规抽油机曲柄平衡方式的峰值, 达到节能效果。
弹簧节能装置的优点是:
1) 采用前置式安装平衡器, 并全部采用机械结构, 使抽油机结构简单, 装置安装及维护方便, 不改动抽油机本体结构。
2) 节能效果显著。将抽油机平衡原理归入功率回收、再利用进行考虑, 降低曲柄轴峰值扭矩, 减少抽油机负荷, 单井节电达25%。
3) 根据抽油机的工矿负荷, 方便调平衡, 使平衡器承载载荷与抽油机负荷达到最佳组合。
3 现场应用及效果分析
平衡装置于2011年6月底在油砂山油矿开始安装使用, 到目前为止各油田已安装了30台, 使用情况良好。
目前针对该产品已制定了制作、安装、维护、节能等多项标准, 并获得国家专利证书。
目前青海油田采油一厂在油砂山油矿、跃进油区、尕斯一区的3型、5型、10型抽油机 (图1) 上安装使用, 取掉了抽油机上的全部平衡块, 达到了很好的平衡效果, 节能效果明显。抽油机在安装弹簧节能装置以后, 在油井同等技术参数和产液量不变的情况下, 经过测试, 节电率在25%左右, 使用这种节能装置后, 大大降低了原油生产成本。节能测试数据见表1。
4 结论
游梁式抽油机弹簧节能装置在青海油田采油一厂的30口井上进行了应用。应用证明, 加装该装置以后, 减少了抽油机曲柄销、连杆、尾轴承等抽油机关键部位的承载力, 延长了抽油机使用寿命, 减少了维修费用。该节能装置结构简单, 运行平稳, 节能效果显著, 平均节电25%左右, 综合性能好, 具有良好的推广应用前景。
摘要：针对常规游梁式抽油机平衡效果差、效率低及能耗高的现状, 利用在常规游梁式抽油机游梁前端加装弹簧蓄能装置, 把游梁式抽油机抽油杆等下降的重力势能转换为弹簧弹性势能, 并在抽油机上行时释放能量, 从而降低抽油机运行负荷, 削减常规抽油机曲柄平衡方式的峰值, 实现抽油机由单纯的机械平衡达到系统自身的功率和扭矩平衡。通过测试, 单井节电率25%左右, 推广应用前景广阔。
油田抽油机节能问题 篇7
1 研究背景
对游梁式抽油机液压节能平衡器作为油田生产中的关键性设备, 与常规式的抽油机有着很大的区别, 一方面, 其结构简单, 操作方便、可靠耐用, 容易安装而且便于维护, 另一方面, 正是由于其这些优点的存在, 也决定其能耗高, 调整平衡相对困难, 而且机械磨损比较快, 加上长期工作于不平衡状态下, 为此, 维修比较频繁。对游梁式抽油机在井下作业过程中, 同盱井底负荷在不断的变化, 加上受到砂、气、油以及蜡的影响, 这样, 就会在一定程度上增加抽油机的负荷, 一般而言, 其负荷的变化时间是很难确定的, 加上工况的随时变化性, 要想准确调整对游梁式抽油机, 那么是存在着很大难度的, 为此, 对游梁式抽油机的工作环境相对不平衡。另外, 该机械通常都采用的曲柄式平衡, 并且配备重量较大的平衡块, 这样, 该平衡器在起动时, 就需要更大的力矩才能正常运转。因此, 在这样的工作环境下, 必须要配备大码力的电动机才能满足其起动的需要, 所以, 必须要采取有效措施, 降低平衡器的材料消耗以及能耗, 使得原油生产成本降低, 进一步提升油田的经济效益。
2 游梁式抽油机液压节能平衡器的设计
游梁式抽油机液压节能平衡器主要是建立在气动设备与液压设备相结合的二次平衡技术, 改变了传统游梁式抽油机的结构模式和工作性能, 安装于驴头与支架之间, 下铰接于底座上, 上铰接于游梁上, 这样所形成的结构不仅便于安装, 而且在安装后, 平衡块也比较容易卸除, 为此, 就可以根据油田设备的工作需要和工况需要, 结合所需要的工作负荷, 实时调整平衡力, 从而有效地解决了游梁式抽油机平衡难度的问题。
2.1 工作原理
从本质上讲, 游梁式抽油机液压节能平衡器就是一种新型的平衡器, 建立于气液联合的设计模式上, 采用液体传动代替气体传动, 既可以提高平衡器的自身的润滑性能, 而且有利于设备使用寿命的延长, 具体结构如图1所示:
液压节能平衡器主要由于内部的油管、蓄能器、平衡油缸及相关的阀类构成, 在蓄能器的上腔部分前有高压氟气, 连通平衡器的油缸, 充分发挥油压的作用, 使其产生向上的压力和推力, 充分发挥油杆的重力作用, 与部分油气的水油混合液, 形成一个向上的提升力, 从而压近柱塞下行, 使得油缸内的油贮入到蓄能器中, 与此同时, 在上行时, 通过重复作用, 进而达到良好的节能效果, 既可以保证生产效率, 而且有利于保证生产的安全性。
2.2 平衡器设计优势
油田生产中, 游梁式抽油机液压节能平衡器作为主要的关键性设备, 既继承了传统的常规式抽油机优点, 操作方便、可靠耐用, 而且容易安装、便于维护, 更为重要的是在保证这些优点的基础上, 大大在降低了能耗, 使得平衡调整更加容易, 而且传统的抽油机机械磨损比较快, 而且平衡器的设计与加以利用, 改变了其长期工作于不平衡状态的不良环境,
另外, 这种形势的设备在维修时也比较简单, 通过降低磨损, 减少维修的频繁性, 使得游梁式抽油机在井下作业时, 能够随着井底负荷的不断变化, 而且进行实时的调整, 克服了砂、气、油以及蜡的影响, 确保一定程度上抽油机对负荷的承受能力, 由于我们知道, 传统的常规式抽油机难以确定负荷的变化时间, 因而游梁式抽油机液压节能平衡器的利用, 却可以大大改变这一弊端, 可以根据工况的随时性与变化性, 及时准确调整对游梁式抽油机的负荷值, 确保游梁式抽油机的工作环境相对平衡性, 即使是在配备重量较大的平衡块的基础上, 也可以确保其平衡起动, 这样, 避免了更大的力矩支持下机械的正常运转, 降低平衡器的材料消耗以及能耗, 使得原油生产成本降低, 从而有效地提升油田经济效益。
3 仿真分析
针对以上游梁式抽油机液压节能平衡器工作原理与优势设计分析, 在这里我们针对某油田的采油作业区的矿井采油情况及其游梁式抽油机液压节能平衡器工作情况进行数据仿真分析, 该油田主要由5套设备联合工作, 全部由游梁式抽油机液压节能平衡器改造而成, 不再需要传统的平衡块的作用, 采用气动平衡带动曲柄平衡, 将气动设备与液压设备相结合, 采用二次平衡技术, 改变了传统游梁式抽油机的结构模式和工作性能, 根据油田设备的工作需要和工况需要, 结合所需要的工作负荷, 实时调整平衡力, 所形成的结构不仅便于安装, 而且在安装后, 平衡块也比较容易卸除, 从而有效地解决了游梁式抽油机平衡问题, 带来了很大的经济效益。
首先, 该设备利用平衡器, 与改造前的工作相比, 采用气液联合的设计模式上, 提高平衡器的自身的润滑性能, 具体数据如表1所示:
根据以上数据分析, 并与以前的数据分析对比, 其平均节电率高达21%以上。另外, 却掉了过重的平衡块, 主要利用油管、蓄能器、平衡油缸及相关的阀类组装而成, 达到良好的节能效果, 既可以保证生产效率, 而且有利于保证生产的安全性。
其次, 从投资回报上分析, 假设每台的抽油机的维修费用为4万元, 那么在安装平衡器后, 其可以节省1。5万元, 其中, 每台抽油机的耗电为18万元, 那么根据上数据节省的21%, 那么其每年节电为18*21%=3。78, 那么其投入的产出比也相应提高。
4 总结
总而言之, 游梁式抽油机液压节能平衡器的应用, 不仅可以保持抽油机良好的工作性能, 而且大大节省了能耗, 顺应现代节能改造的生产原则, 效果明显, 具有推广和应用价值。
参考文献