节能抽油机（精选11篇）
节能抽油机 篇1
1 引言
抽油机井目前用电量约占油田总用电量的40%左右,是油田耗能大户。虽然节能抽油机用量每年都在增加,但油田大量在用抽油机仍然是以常规游梁式抽油机为主,目前大庆油田常规机占抽油机总数的80%左右。常规抽油机为了顺利启动,常按抽油机最大负荷来选配电动机。而抽油机正常运行时,平均负荷只有最大负荷的30%左右,从而形成了“大马拉小车”的现象,大大降低了电网的功率因数和电动机的效率,增加了无功消耗。因此,抽油井的节能潜力巨大。
近年来,油田各部门对抽油机系统的节能技术研究及推广工作非常重视。社会及油田各部门陆续研制和推广了一批节能型抽油机、抽油机用节能电动机及抽油机用节电箱,虽然这些节能产品的推广使用提高了抽油机井系统效率,节约了能源消耗,但随之也产生了一些问题,这方面的节能产品越来越多,而这些节能产品单个的节能效果如何,有怎样的应用范围,它们能否组合使用,组合使用后的节能效果是否是单个节能产品节能效果的算术叠加等等,均是油田各部门关心的问题。
2 节能电动机的原理[1,2,3]
2.1 永磁同步电动机
节能原理:在结构上与Y系列电动机相似,所不同的是在电动机转子内镶入永磁铁,使转子自身具有高强度磁场,可以用来取代电动机转子的电励磁,显著提高功率因数。永磁同步电动机为同步工作方式,转子转速与定子旋转磁场完全同步,与异步电机相比,无转差损耗。
2.2 超高转差电动机
节能原理:依靠降低转子转速来达到增加扭矩从而降低装机功率。
2.3 双速双功率电动机
节能原理:在结构上与Y系列电动机相似,区别在于利用单槽内下入单线“引出多组头”,通过在多组头之间改变接线方式,即实现了“双极双速”。该电动机延用了高转差率的特性,利用降低转速来达到提高扭矩实现降低装机功率。现场应用中速度的转换,需要停机靠人工实施转换。
2.4 双定子电动机
节能原理:双定子电动机是一种新型的异步电动机,有两部定子组成。起动时集两部定子的合力矩以加大起动力矩,待起动完成时则切除一部定子,留下另一部定子运行,以适应低负荷时以低功率来匹配达到节电。
3 节能电动机的测试与评价方法
3.1 测试评价方法
目前,抽油机用节能电动机的测试方法主要采用对比测试,即选用常规抽油机为参照机,录取节能电机的各项测试参数与基准电动机作对比,计算其节电率。
3.2 测试程序及要求
测试流程图如图1所示。
测试要求如下:
1)测试期间,抽油机平衡度保持在85%～100%之间;
2)测试时动液面深度按泵挂深度均匀分布,最少4个测试点,每个点的动液面深度变化范围在±10 m内;
3)测试节能电动机时,抽油机冲速数与参照机(普通抽油机、普通变压器、普通电动机、普通配电箱)相比,变化不得超过±0.3次。
3.3 测试数据统计及分析
采油院与节能监测中心结合共对50台节能电动机进行了测试。选出20台具有代表性的节能电动机进行了分类统计,测试结果详见表1。
从测试结果可以看出每种节能电动机均有一定的节电效果,但相比之下超高转差和双功率电动机综合节电率平均值都在15%以上,节能效果较为显著。从综合节能评价角度来讲,每种节能电机都各有优缺点,需要根据现场具体情况进行选配。
4 结论
1)对50台不同型号的节能电动机进行了测试,表明该测试方法对抽油机用节能电动机的节电效果测试具有很好的指导意义,也为抽油机用节能电动机的测试探索了一条新路。
2)从测试结果可以看出每种节能电动机均有一定的节电效果,但超高转差电动机和双功率电动机节电率平均值都在15%以上,节能效果较为显著。
3)双功率节能电动机具备“电动机拖动负载与电动机的输出功率间的合理匹配”的功能,抽油机在运行过程中,电动机的输出功率随着载荷的变化在无人为干预的情况下实现自动转换。
参考文献
[1]殷雷.抽油机用节能电机评价及改造方式的探讨[J].应用能源技术,2008(9).
[2]董德明.抽油机井节能措施的选择与优化[J].油气田地面工程,2008(10).
[3]陈金柱.加快高效节能电动机的发展[J].电器工业,2008(2).
节能抽油机 篇2
自从100多年前，以燃烧石油制品为动力的机器诞生以来，对石油的需求量飞速增长，也为石油工业的发展提供了契机。随着采油业的发展，产生了被广泛使用的油井举升设备――抽油机。
抽油机的种类繁多，技术发明有数百种。从采油方式上可分为两类，即有杆类采油设备和无杆类采油设备。有杆类采油设备又可分为抽油杆往复运动类(国内外大量使用的游梁式抽油机和无游梁式抽油机)和旋转运动类(如电动潜油螺杆泵);无杆类采油设备也可分为电动潜油离心泵，液压驱动类(如水力活塞泵)和气举采油设备。
目前，应用最为广泛的是游梁式竖井抽油机采油系统，如图1所示。由图1可见，该系统由3部分组成，即地面部分――游梁式抽油机，它由电动机、减速箱和四连杆机构(包括曲柄、连杆和游梁)等组成，详细结构见图2;井下部分――抽油泵(包括吸入阀、泵筒、柱塞和排出阀等)，它悬挂在套管中油管的下端，可分为杆式泵和管式泵;联接地面抽油机和井下抽油泵的中间部分――抽油杆柱，它由一种或几种直径的抽油杆和接箍组成。
我国的油田不像中东的油田那样有很强的自喷能力，多为低渗透的低能、低产油田，大部分油田要靠注水压油入井，再用抽油机把油从地层中提升上来。以水换油或者以电换油是我国油田的现实，因而，电费在我国的石油开采成本中占了相当大的比例，所以，石油行业十分重视节约电能。目
前，我国抽油机的保有量在10万台以上，电动机装机总容量在3500MW，每年耗电量逾百亿kW・h。抽油机的运行效率特别低，在我国平均效率为25.96%，而国外平均水平为30.05%，年节能潜力可达几十亿kW・h。除了抽油机之外，油田还有大量的注水泵、输油泵和潜油泵等设备，总耗电量超过油田总用电量的80%，可见，石油行业也是推广“电机系统节能”的重点行业。抽油机节能包括节能型抽油机和抽油机节能电控装置的研制与推广两个方面，对此两大技术的研究方兴未艾。介绍和宣传的文章很多，众说纷纭，莫衷一是。厂家的产品性能介绍亦有“王婆卖瓜”之嫌。因此，有必要将目前常见的几种类型的抽油机节能电控装置作一个科学的分析比较，以供用户选用时参考。在全国各油田进行试验或已投运的节能电控装置不下数十种之多，大体上可以分为5种类型，下面分别加以讨论。
(本网网收集整理)
2 间抽控制器(POC)
由于抽油机是按照油井最大化的抽取量来进行选择的，并且还留有设计余量。另外，随着油井由浅入深的抽取，井中液面逐渐下降，泵的充满度越来越不足，直到最后发生空抽的现象，如果不加以控制，就会白白地浪费大量的电能。对于这种油井，最简单的方法是实行间抽，即当油井出液量不足或发生空抽时，就关闭抽油机，等待井下液量的蓄积，当液面超过一定深度时，再开启抽油机，这样就提高了抽油机的工作效率，避免了大量的电能浪费。
间抽控制的原始做法是派人定时到油井去开停抽油机，即使在发达国家，目前也还有不少油井采用这种人工控制方式，以便解决抽油机的低效和浪费问题。这种做法每天要派人去井场操作好几次，经过长期试验才能摸索出适合各油井的间抽规律，费工费时。于是就引入了定时钟，只须设定开、停机时间，便能自动地进行间抽控制，但是，这仍然无法解决令抽油机的工作能力动态地响应油井负荷的变化，以达到最佳的节能效果，同时，还有可能会影响油井的产量。
为了解决上述问题，通过安装相关的传感器，精确感知油井负荷的动态变化，实现智能间抽控制(IPOC)。为此，可采用各种不同的传感器达到控制目的，下面分别予以介绍。
2.1 液面探测器
如果能直接测出井中的液面，那么就可以用它来控制抽油机的运行。当液面高度超过泵时，就启动抽油机;当液面降到泵的吸入口处时，就关闭抽油机，避免空抽的发生。早期的方法是使用永久式的井下压力传感器来检测液面，现代则是利用声波装置从地面上自动监测井下液面深度，但是，由于装置复杂，维修费用高而没有得到普及。
2.2 流量传感器
在井口通过流量传感器检测油井的出液量，是实现抽油机控制最直接，也是最有效的方法。但是，由于国内的油井产量太低，有些油井的产量每天只有几m3，甚至不足1m3，合10cm3/s。这么小的流量检测，对于各种类型的流量传感器来讲都是一个难题，再加上井中采出的油液中含有大量的泥沙和蜡块，经常会发生堵塞现象，因而也未能获得推广应用。
2.3 电机电流传感器
应当说，电机电流的检测是最方便、最可靠，也是最为廉价的方法。当发生空抽时，下冲程开始
时游动阀并没有打开，光杆载荷为杆柱重量及游动阀上部液柱的重量之和，可平衡掉大部分的配重的重量，电动机只要用很小的能量就可将杆柱送入井底，电机电流较小;当油井中泵的充满度较高时，下冲程开始不久，游动阀即打开，泵中液面托住了游动阀上部的液柱重量，并且使抽油杆柱也浸没在液体中，因而光杆载荷只是杆柱在液体中的浮重，这也就意味着电机将用较大的能量来举起曲柄或游梁尾部的平衡块的重量才能将杆柱送入井底，因而电流就较大。
在下冲程时设置一个设定值，当发生空抽时，实际电流将降至此值以下，控制器就关闭抽油机。也可通过电机的平均电流进行检测，从实际平均电流的下降中也可很容易地鉴别出空抽的发生。但是，电流的检测受到抽油机配重的影响而使实际的电机电流变得很难控制，绝不像某些肤浅的文章中所描述的那样，是近似方波的电流波形。实际的抽油机电动机的扭矩(电流)曲线如图3所示。这种不规则的扭矩(电流)曲线，只有通过抽油机的机械结构和平衡曲线的改变方能改变，而不是通过电控装置可以实现的，因此，这是一个机电一体化的系统工程问题。
2.4 抽油杆载荷传感器
普遍采用的方法是通过特制的传感器，对抽油机的光杆载荷进行检测，因为，光杆载荷是井下泵运行情况的最好监视器，并且它不受平衡配重的影响。泵的充盈系数(包括空抽)通过对抽油杆载荷的分析可以很容易地被检测出来。另外，更重要的是抽油杆载荷数据，加上抽油杆位置的信息，正是分析井下工况的“示功图”的必备数据，利用这些信息可对抽油机的运行情况进行全面的分析。
在光杆或游梁上安装测力传感器可以测出抽油杆的载荷数据。光杆测力传感器比较准确，但易于损坏;安装在游梁上的传感器准确度比较低，但比较耐用。国内已有抽油机专用的测力传感器产品。利用载荷传感器的数据绘制的示功图，检测抽空控制设备的工作原理如图4所示。
抽空控制最可靠的一个方法是计算光杆所做的机械功，因为，机械功与被示功图所封闭的面积成正比，所以，空抽表明输入到系统中的能量减少，只须计算示功图的面积或一部分面积即可检测抽空条件。其方法包括在示功图上设定两条垂直线，计算这两条抽油杆位置线之间示功图的面积或曲线下面的面积，如果用示功图里面的面积，可检测出图4中的面积1减少了;如果用示功图下面的面积，则可检测出面积2增加了。
同时，也可像电机电流信号一样，通过计算光杆载荷平均值的办法来检测抽空的发生，较高的载荷平均值表示有可能发生空抽，而较低的载荷平均值则表示油井中液量多。
总之，间抽控制器的优点和经济效益是显而易见的。
1)由于缩短了抽油时间，大大减少了能量消耗。但是，在用人工控制和定时自动控制间抽时，由于惟恐减产，几乎都会发生实际抽油时间比必要的抽油时间长的情形，因而不能完全避免空抽。通过传感器信号实现闭环控制的智能间抽控制器(IPOC)，在检测到空抽时立即关闭抽油机，避免了空抽的发生，平均可多节约能量20%～30%。
2)相对于人工间抽和定时间抽来讲，智能间抽控制由于达到了较低的平均液面，增加了产量。因为，较低的液面意味着较低的井底流压，结果较多的液体流入井底，通常可增产1%～4%。
3)由于消除了液击现象，可使井下和地面设备的维修费用减少25%～30%。另外，通过IPOC装置可提前探测到油井故障，从而进一步减少了所需的修井作业量。
4)使用微电脑技术的IPOC装置大大增加了抽油系统的性能信息检测数据，为抽油机的遥控遥测及集中控制创造了条件。
3 软起动及调压节能型
由于抽油机的功率档次有限，如30kN，60kN，
80kN，100kN等，而每一口油井的参数都不一样，在选配抽油机时，不可能做到量体裁衣，刚好和抽油机的功率档次相匹配，一般留有一定的功率裕量;各型抽油机在配用电动机时，为了保证抽油机在各种工况下正常运行，也留有一定的功率余量;随着油井由浅入深的抽取，油井的产液量越来越少，抽油机的负荷也相应减小。由于上述原因，就造成了抽油机的实际负载率普遍偏低，大部分抽油机的负载率在20%～30%之间，最高也不会超过50%，形成大马拉小车的现象。而当电动机处于轻载运行时，其效率和功率因数都较低，此时若适当调节电动机定子的端电压，使之与电动机的负载率合理匹配，这样就降低了电动机的励磁电流，从而降低电动机的铁耗和从电网吸收的无功功率，可以提高电动机的运行效率和功率因数，达到节能的目的。
3.1 电动机定子绕组△/Y转换降压节能
由于低压电动机在正常工作时，定子三相绕组是△接法，这样每相绕组承受380V的线电压，电动机可产生额定的输出机械功率。电动机的转矩是与电压的平方成正比的，当电动机轻载(负载率<33%)时，可以将电动机的绕组由△接法改成Y接法，使每相绕组只承受220V的电压，即为额定电压的1/，电动机的转矩也就仅为额定转矩的1/3。当负载率>33%时，再将电动机绕组改为△接法运行，否则，会因电流过大而烧毁电动机。电动机在进行Y/△转换时会产生冲击电流。
Y/△接法转换的实现一般采用交流接触器实现，也可以通过晶闸管开关实现，两种方法在节能效果上并无差异，而转换控制电路如何准确掌握转换时的负载率则会对节能效果产生较大的影响。当负载率β<33%时，不能及时进行△→Y切换，则会影响节能效果，而当负载率β>33%时，不能及时进行Y→△切换，则会使电流过大，铜耗增加，反而费电，同样影响节能效果。为了不使转换频繁发生，一般在转换点的负载率之间设置一定的回差，通常采用负载率β<30%时进行△→Y转换，而当β>35%，进行Y→△转换。
3.2 晶闸管相控与调压节电软启动
晶闸管软启动与调压节电的控制框图如图5所示。由单片机控制串联在电动机定子主电路中的晶闸管?触发角α，即可以改变加在定子绕组上的端电压值，从而起到调压节电的目的。其优点是可以动态跟踪电动机的功率因数或输入电功率，达到最佳节能效果;在负载突然增加时也可得到及时的响应，以免电动机堵转;且可兼作电动机的软启动器，同时由于采用单片机控制，具有完善的保护功能。其缺点是造价较高，且由于对晶闸管进行相控，会产生大量的谐波，对电网、电机以及通信系统造成不良的影响，今后这类产品将因达不到电磁兼容的标准而被限制使用。关于电动机降压节电的有关计算和校验，国标GB12497?1995《三相异步电动机经济运行》中有明确的要求。在采取调压节电时，既要达到节电的目的，又要保证电动机轴上的出力，并有一定的过载系数，否则，当负载波动时电动机将发生堵转而烧毁。电动机轻载降压时，首先是功率因数上升，节约了无功功率。这里必须着重指出：不是所有的降压行为都能达到节能的目的，只有当电压的降低程度大于转差率及功率因数的`上升程度时，才能使降压运行的电动机效率得到提高而节能。
经过各种检验计算，电动机降压后的最低电压范围大致为(0.56～0.27)UN。以上数据是以正弦波电压计算的，若考虑到晶闸管调压所产生的谐波，引起电动机的噪音，振动和附加发热等因素，其节能效果还要降低。一台Y1600―10/1730型电动机轻载降压节能效果的计算数据见表1。Y1600―10/1730型电动机的原始数据为：额定功率PN=1600kW，额定电压UN=6.0kV，额定电流IN=185A，额定转速nN=595r/min，最大转矩倍数(最大转矩/额定转矩)=2.22，起动电流倍数(堵转电流/额定电流)=5.53，起动转矩倍数(起动转矩/额定转矩)=0.824，额定效率ηN=94.49%，额定功率因数cos?=0.879。电动机额定负载时的有功损耗ΣPN=93.3kW，电动机的空载损耗Po=29.6kW，空载电流Io=46.25A，电动机带额定负载时的无功功率QN=918kvar，电动机的空载无功功率Qo=480.6kvar。
由表1可知，电动机降压节能，主要节省的是无功功率，提高了功率因数，对供电网有利。而有功节电主要节省的是电动机自身损耗的一部分，且随着负载率的上升而锐减：负载系数β=0.1时，有功节电率为15%;β=0.2时为5.3%;β=0.3时仅为2.1%。按照国标GB12497?1995的规定，综合节电为ΔP+KqΔQ，其中Kq为无功经济当量，其值规定为：电动机直连发电机母线时取0.02～0.04;经二次变压时取0.05～0.07;经三次变压时取0.08～0.1。一般抽油机电动机均经三次以上变压，可取为0.1，也即每节省10kvar的无功功率，可折合为1kW的有功功率计算。由于降压节能时电动机的转速基本上不变，轴上的负载也不变，则电动机的输出轴功率是不会改变的，节省的只是电动机自身损耗的一部分，表1中第7栏综合节电率应为表中第4栏的数据除以当时的负载功率与第5栏的损耗功率之和的结果，并非为节省的综合有功功率与电动机额定功率之比。这是一个概念误区，有些用户在计算节电效益时，往往用电动机的额定功率乘以节电率再乘以运行时间来计算节省的电能(kW・h)数，这是错误的。
表1 按最佳调压系数进行调压后节省的电量计算值
电动机负载系数β 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 最佳电压调节系统Kum 0.374 0.53 0.647 0.747 0.833 0.916 节省的有功功率ΔP/kW 24.2 17.0 11.0 6.4 3.0 0.86 节省的无功功率ΔQ/kvar 386.5 300.8 224.8 157.0 97.6 47.2 节省的综合有功功率ΔP+KqΔQ 47.4 35.05 24.5 15.8 8.86 3.7 U=UN时电机综合损耗功率∑Pc 59.34 62.04 66.53 72.83 80.93 90.82 损耗节电率/% 79 56.4 36.8 21.7 11 4 综合节电率/% 21.6 9.17 4.48 2.22 1 0.35
由表1可知，当负载率为β=0.4时，其综合节电率为2.22%，其节省的功率并非为PN×2.22%=35.52kW，而应当为β=0.4时的负载功率PN×0.4加上电动机当U=UN时的功率损耗ΣPN=72.83kW，来乘以综合节电率2.22%，即(1600×0.4+72.83)×2.22%=15.8kW。有些制造商常在这一问题上误导或欺骗用户，应引起注意。
通过降压对电动机实现软起动的目的，一是减少起动时过大的冲击电流，二是减小全压起动时过大的机械冲击。那么在抽油机上使用降压软起动装置，其效果究竟如何呢?由于电动机的转矩与施加电压的平方成正比，施加电压降低了，电动机的转矩若达不到负载的起动转矩时，电动机是转不起来的。虽然电动机的堵转转矩一般小于额定转矩，但是，当电压降到额定电压的70%时，电动机转矩只有额定转矩的50%，对于起动转矩超过50%额定转矩的负载，是转不起来的。只有当电压升高到电动机的转矩足以克服负载的静转矩时，电动机才能启动。所以，△/Y转换起动只适合起动转矩<1/3额定转矩的负载，一般的软起动也只适合起动转矩<50%额定转矩的负载，对于重载起动的负载就降低起动电流来说，软起动器也是无能为力的。
对需重载起动的负载，使用软起动并不能达到减小起动电流的目的，更不能达到节省起动能量的作用;但是，由于软起动器的电压是呈钭坡上升的，虽然在达到起动转矩前电动机并不旋转，但随着电动机轴上扭矩的不断增大，被拖动的负载是慢慢被加力的，所以，用软起动器起动需重载起动的负载时，可以达到减小机械冲击的目的。对于抽油机来讲，使用软起动器，不一定能达到减小冲击电流的目的，但可以达到减小起动时机械冲击的目的，还是有一定作用的。
在某些宣传降压节能产品的文章中，提到在抽油机处于发电状态时，可以通过调整晶闸管的触发角α改善瞬时过电压的问题，事实上也不尽然。当异步电动机由于负载超速而变成异步发电机运行时，是会产生瞬间过电压，使电动机端电压高于供网电压，但由于供电网可以看成是一个无穷大的电源系统，当稳态运行时，电机端电压只是略高于供网电压，以便能量反馈。这时调整晶闸管的触发角α，只能调整电流，即异步发电机的负荷，对于抑制过电压并无效果。
4 无功就地补偿节能型
交流异步电动机的无功就地补偿就是将补偿电容器组直接与电动机并联运行，电动机启动和运行时所需的无功功率由电容器提供，有功功率则仍由电网提供，因而可以最大限度地减少拖动系统对无功功率的需求，使整个供电线路的容量及能量损耗、导线截面、有色金属消耗量，以及开关设备和变压器的容量都相应减小，而供电质量却得以提高。
抽油机节能创新方法的研究与应用 篇3
在石油开采中，电力成本约占操作成本的25%，而抽油机用电约占电力成本的33%，也就是抽油机用电消耗占原油开采过程中操作成本的8～9%。抽油机既是用电大户，也是生产经营活动中节能降耗的重点挖潜对象。我厂的抽油机管理，以油气生产为主线，立足安全平稳运行，从科技和管理入手，完善节能管理制度，积极应用节能新技术，努力降低采油单耗，使抽油机运行在经济节能状态，取得了较好的效果。现将我厂在抽油机节能工作方面所做的研究浅述如下：
一、管理创新节能
抽油机井平衡调整精益求精。在抽油机井平衡度检查与管理上，我厂每月抽查1/3的油井，确保每季度普查一遍，查出的不平衡抽油机井，分三个步骤进行调整。首先，对照功图，检查冲次是否合适，冲次不合适的，先调冲次，后调平衡，根据地层生产能力来决定抽油机工况，部分抽油机井在优化工作制度后，自然实现了平衡，减少了调平衡次数，从而促进了抽油机井供采匹配与平衡管理工作；该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http：//www.ems86.com总第543期2014年第11期-----转载须注名来源其次，对于不需要调冲次或调冲次后依然不平衡的，由油藏经营管理区根据生产情况和整改通知单，按计划整改；第三步，对于抽油机平衡块调到头，仍然欠平衡的井，由装备科报厂调批准后，更换2块大级别的平衡块，也就是抽油机的4个曲柄平衡块，由2对不同重量级别的平衡块组合使用，既增强了抽油机平衡能力，达到了平衡要求，又最大限度节约了投入。
抽油机井冲次调整细化入微。
在抽油机进冲次调整上，我厂每月过一次泵况，根据功图、产液等情况，细化抽油机冲次调整方案。为保证抽油机冲次调整落实到位，在皮带轮配套上，我们优化了外径系列尺寸，每20mm一个级差，能满足精细化调参需要，尤其是在降低低产低能井单耗上，我们推广应用12极、16极低速电机，在不借助其他减速装置的前提下，16极电机可把14型抽油机冲次降到1.8次/分钟。与8极电机相比，12、16极低速电机工况节能可达40%以上，日均节电量约100度/台，年均节电量36500度/台，年均节电创效23000元/台，节电量相当可观。
二、技术创新节能
平衡改造减少抽油机自耗。我厂改造及推广应用新式cyjy14-4.8-73hf/b型抽油机。该型抽油机在游梁尾部加装3.5吨的后配重，代替原来0.9t的游梁尾配重，增加了抽油机运行中的对称平衡份额，能削减抽油机的最大扭矩，改善了平衡状况，提高了平衡能力。平衡重受力点由减速器输出軸向游梁转移，减轻了减速器的直接负荷，使减速器及电机的运行更加平稳，减速器与电机的皮带传动效率得到提高，从而降低了电耗。尤其在配套深抽、出盐、稠油等特殊工况中，该型抽油机解决了井下负荷较重时难以实现平衡的问题。与原cyjy14-4.8-73hf型抽油机相比，新式cyjy14-4.8-73hf/b型抽油机节电率在20%左右，日均节电量约40度/台，年均节电量14000度/台，年节电创效8000元/台。
双功率自动可逆转换技术解决游梁式抽油机大马拉小车问题。游梁式抽油机最大优点是可靠性高，故障率低，最大缺点是与电机匹配性差，普遍存在装机功率远大于实际运行功率的“大马拉小车”问题，造成能耗较高确、功率因数低、效率低。这主要是由于起动的必须性和预防载荷波动的必要性引起的，起动载荷约为正常运行载荷的3～8倍，为了保证顺利起动，需要要按最大扭矩为其选配电机，另外运行中，当出现轻微砂卡等问题而载荷增大时，如果没有一定的功率富裕量，就会出现超载停机甚至烧毁电机，正是由于这种必须性和必要性，决定了我们只能为它配套较大功率的电动机，导致了不经济运行。但进一步从时间上分析，我们就会发现：“大马拉小车”现象的必须性，处在抽油机启动阶段，是短暂的，“大马拉小车”现象的合理性，建立在生产过程中的能力储备上，通常时间是不需要发挥的。为此，我们研制了双功率自动可逆转换拖动装置。大、小功率的自动可逆转换，做到了智能化，能满足油井不同工况需求。功率利用率可始终接近40%，远大于sy/t6374—2008《机械采油系统经济运行规范》不低于20%的标准规定。无需电容补偿，裸机功率因数通常在0.5到0.6，甚至可达0.8，超过了sy/t6275—2007《油田生产系统节能监测规范》不低于0.4的标准规定，单井节电率可达15%左右，日均节电量约40度/台，年均节电量14000度/台，年节电创效8000元/台。该类电机特适用于冲次在4次左右的主力油井，推广应用范围很大。
油田抽油机节能问题研究 篇4
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
[1]徐甫荣, 赵锡生.抽油机电控装置节能综述[J].电气传动自动化.2004 (05)
[2]李敏, 崔爱玉, 宁刚, 史浩.抽油机节能技术的探讨[J].油气田地面工程.2002 (04)
[3]薄保中, 苏彦民.抽油机电机的调压节能[J].油气田地面工程.2000 (06)
浅谈评价抽油机节能的几个误区 篇5
吉效科，许丽，张浩
摘要：从六个方面阐述了一些判别抽油机节能的方法和观点，明确了抽油机的节能主要是通过一些手段优化调整油井参数达到节能的目的，参数调整是抽油机节能的关键，此外，正确认识节能抽油机或者配套节能装置的效果，让时间和实践检验节能抽油机或者配套节能装置，真正为油田推出经得起考验的节能抽油机或者节能技术。
关键词：节能抽油机；节能技术；抽油机评价
近些年，随着国家对节能环保的重视，节能型设备的开发与推广不断为人们所接受，各行各业都在提倡设备的节能技术。油田作为生产性企业是耗能大户，从原油开采、输送、处理都需要消耗能量，油田装备制造企业也开展了研发和制造采油、输油等方面的新型节能设备，各种节能设备相继出炉，种类繁多，据不完全统计，2000年以来国家新型节能抽油机及其套设备专利有100多项，一些抽油机厂家努力推荐自己的节能产品和技术，拿着正规的国家或地方的专业检测机构的节能检测报告，从节能数据反映都有很好的节能效果，但是，其实不然。那么，如何去辨别是否真的节能，节能数据是否可靠可信，设备是否适合油田使用在实际工作中评价抽油机节能工作存在很多误区。节能测试报告缺乏可靠性
设备是否节能经常需要和其他同类型设备做比较才能知道，对于抽油机节能通常需要选择常规或者其他节能抽油机做比较，比较的前提是要有相同的条件。抽油机对比有两种方式，即同井不同机比较、不同井不同机比较。不同井不同机需要平衡度、参数(冲程、冲次、悬载)、井口回压、测试时间、控制方式、测试手段等一致或接近，同井不同机需要冲次、冲程、平衡度、测试时间、控制方式、测试手段等一致，而且油井工况要稳定。但是我们常常会看到在权威节能检测机构提供的节能监测报告中不明确抽油机对比方式，油井工况参数、抽油机冲程、冲次等参数不尽一致，对比抽油机不平衡而节能抽油机处于最佳平衡，在这些情况下测试得出的节能数据是不可靠的，不具有说服力。因此我们在看节能测试报告的时候不能只看综合节电率等结论性的数据，一定要看节能测试的条件和重要参数，看二者是否具有可比性，如果甲抽油机严重不平衡，参数过大，而乙抽油机平衡良好，参数合理，则不能说乙抽油机比甲抽油机节能。节能效果人为因素扩大化
这种误区主要有两个方面的情况，一是抽油机节能的效果被人为扩大。抽油机节能的原理大致有结构优化、控制方式、参数优化、配套电机等，这些节能的原理和方式是有区别的，在通常情况下，一些研发和制造厂家将抽油机井参数调整、改变控制方式等实现油井节能误认为是抽油机节能，新型抽油机真正意义上的节能应该是结构优化使得本身的效率提高而实现节能，在目前油田使用的采油装备中，无杆泵由于没有杆柱和地面能量损耗，因此节能效果比有杆采油装备好，无游梁抽油机由于没有了游梁式抽油机具有的曲柄配重的旋转和游梁驴头的摆动而产生的换向功，因此其节能效果比游梁式抽油机好，游梁式抽油机中游梁平衡比复合平衡节能，复合平衡比曲柄平衡节能，原因就是三者随着曲柄配重的增加使得换向功增加而造成的。另外抽油机本身的节能主要是在减少摩擦损耗，但是如电机、减速器、轴承等部件存在能耗是难免的，只能优化减小不能完全消除。因此抽油机本身的节能是比较小的，新型节能抽油机本身综合节电率每提高5％都是非常好的效果，通常我们看到一些新型节能抽油机综合节电率30％、40％、50％以上，系统效率提高15％以上等等这些数据都是虚假的，并不是新型抽油机本身节能，肯定参人了参数调整、改变控制方式等实现的节能。
二是人为想办法让抽油机具有较好的节能效果，每个研发和制造新型节能抽油机及节能技术的厂商盼望取得良好的节能效果，只许成功不许失败，因此在委托节能监测机构时可能要进行关系沟通，作为监测机构碍于面子问题，会给厂商一定的照顾，即使测试节能效果不明显，也常常会看到一些新型节能抽油机厂家介绍的节能效果好的离谱。为了消除人为因素的影响，我们对试验的新型节能抽油机编制测试方案，自行进行对比测试，节能测试数据都比厂家介绍的节能数据要低，甚至有些新型节能抽油机或者节能技术不具有节能效果。因此所谓新型节能抽油机或者节能技术是否真正有节能效果，还需要用户自己测试，真抓实干，甩开人为因素的影响，真实体现客观事实，防止人为误导。节能宣传报道过于激进化
通常一项先进技术、一种新型设备从研发到批量推广都需要经历较长的时间，需要实践的检验，很多新产品成熟前都会有这样那样的问题，需要不断的改进、试验、定型，而在油田新型设备在试验期间或者刚安装投产，就有“应用成功”和“取得效果”的报道，太过于抢先，而这些激进的报道过早的下结论后导致设备推广决策的失误。复式永磁电机抽油机曾经在2009年3月《贵州商报》上以题为《贵州造抽油机成油田节能王》报道，被誉为“绿色抽油机”的电机抽油机，综合节能率可以达到50％。这一报道距离该抽油机研发现场试验只有1年多的时间，但是这种抽油机的造价、实用性等受到很大考验，其结构主要是采用复式永磁电机及控制系统解决了立式抽油机的换向、低速度的问题。其实，现在成熟推广的开关磁阻电机、变频调速电机、链条换向、齿条换向配套控制系统照样实现了复式永磁电机解决的问题，而且他们组成的抽油机价格、结构、体积等都比复式永磁电机抽油机有优势。一味追求节能忽视可靠性、安全性等综合因素
结构简单、安全可靠、便于维修操作、易损件寿命、投资与维护费用低、节能高效等是评价抽油机是否具备推广价值的主要依据。但是在实际管理中，大家对抽油机一味的追求节能高效，却忽视了可靠性、安全性等重要因素。目前，国内对抽油机的可靠性要求暂时还没有一个明确的标准。据统计，拉夫金生产的抽油机，在加拿大应用中故障率在7％以下，平均每台抽油机年累计用于维护、润滑及故障处理的时间不超过2小时。中国石油所用的抽油机对该时间没有进行系统的统计，预计累计时问不会低于10小时，也就是说抽油机由于设备的原因开机率99．86％。假设以10小时计算，中国石油在用的10万台抽油机，则需要有340多个维修队伍365天(8小时／天)忙于抽油机的维护。目前正在试用的一些新型节能抽油机，可靠性远远达不到上述要求，保守一点说，这些机型年累计维护时间不会少于5天。在试验阶段因为应用的数量小，这5天的维护时间并没感觉到有什么大问题，假如推广到1000台，将意味着需要有40多个维修队伍365天(8小时／天)忙于抽油机的维护；推广到1万台，将意味着需要有400个维修队伍365天(8小时／天)忙于抽油机的维护。这不仅是维护的人力、直接费用难以支撑，同时将意味着每年要影响上百万吨的原油产能、几十亿元收入。由此也可以看出抽油机可靠性、安全性等其它因素的重要。节能产品高价投入短期收回成本
通常所见节能抽油机价格都要比同机型游梁式抽油机价格要高，要价高的理由就是高价投入短期内就会收回成本，将节能降低成本作为价格的筹码。比如，10型游梁式抽油机配套的Y系列三相异步电动机价格3200元左右，而稀土永磁电机、双功率电动机、高(超高)转差电动机等的价格10000～15000元左右，是Y系列三相异步电动机的3～5倍；Y系列三相异步电动机在油区维修技术简单成熟，维修单位较多，方便维修，而特殊电机维修技术和工序复杂，油区较少有专业维修队伍和手段，很多需要专业厂家返厂维修，维修费用高，维护时间是游梁抽油机的10倍以上。目前，由于各油田采油厂成本压力均较大，维修人员较为紧张，虽然一些特殊电机配套抽油机节能效果也不错，但与普通Y系列三相异步电动机相比，不仅维修时间长、费用高，同时还因停机时间较长影响原油产量，而且对采油维修人员素质等要求更高，不一定能适应油田的实际。片面追求抽油机配置最小化
抽油机井节能是一个系统工程，只有综合优化才能有效果，如抽油机电机为了追求降低无功损耗，而降低电机配置功率，甚至低于抽油机正常运行所需电流，导致电机烧坏的问题，故障率增加，其实无功在计算综合节电率时所占有的损耗是非常小的部分，如二种配11kW普通电机的8型抽油机对比，吨液百米提升高度有功耗电量从5．84 kW·h／(102ITI·t)降至4．54 kW·h／(102 m·t)，吨液百米提升高度无功耗电量从7．88 kW·h／(102 m·t)降至3．88 kW·h／(102 ITI·t)，综合节电率为24．72％，但是无功在综合节电率中仅占4．38％，不能一味追求无功损耗低而降低电机配置功率，引发抽油机别的不可靠方面的问题。抽油泵从+32 mm下降至+28 mm，现在有人提出来+25 mm，可能导致泵的部件强度降低，性能下降，甚至引起因加工难度增加而使成本增加，其实对于低液量油井在配有+28mm抽油泵，抽油机低冲次的情况下完全可以实现高效率的。
船舶柴油机节能减排技术发展探讨 篇6
船舶用柴油机随着国际上相关法律的颁布，节能减排技术得到了跨越性的发展，节能减排技术的发展不仅可以保护环境，同时可以节约资源。国际海事组织最新研究报告指出，预计未来五年，因船舶柴油机运营而导致的CO2排放量超过15亿吨，随着全球气候的变化，航运业也应该承担起自己的行业责任，为全球可持续发展贡献自己的力量。
国际海洋组织早在2009年就船舶提出能耗限制指数，但是在2009年，并没有作为强制执行标准，直到2014年才作为强制规定强制执行。2012年国际海事组织海洋环境保护委员会对国际海洋组织的规定进行了补充规定，将其命名为IMO Tirer 1，IMO Tirer 2，IMO Tirer 3，目的是限制硫化物和氮化物以及PM的排放，并提出了执行日期与规定对应的时间，在2012年至2013年执行IMO Tirer 1标准，2013年-2016年将执行IMO Tirer 2，2017-未来将执行IMO Tirer 3。
在法律法规的推动下，世界各研究机构加大技术研发投入，不断研发新技术，提高发动机节能减排方面的性能，同时加强对尾气后处理、燃料燃烧技术进行开发，同时在新燃料的利用，发动机综合性能的提升上都取得了突破性进展。国际上的船舶柴油机制造厂商研发的技术主要的特点是高效节能低排放，结构紧凑模块化，智能自动化，安全可靠、大功率集成化，长寿命。节约、排放是保护环境的两大重要举措，也是船舶柴油机的主要发展方向。
船用发动机排放控制技术和低排放大功率柴油机的研究上取得了阶段性的进展，瑞士联邦政府与欧盟联合资助科研院所、发动机制造商在内的40多家单位参加的船舶超低排放燃烧的高效研发项目，这项举措为法律法规的实施提供了技术保证。该项目对船舶柴油机开展了“极限”参数发动机的热力学和机械学试验，研发了降低排放的内部方法、多级智能涡轮增压技术、能量回收及复合式热发动机技术、先进的后处理技术、排放及性能监控新传感器、以及自适应控制智能发动机等技术的开发研究。建立和开发了先进的计算模型和工程软件工具，验证新一代船用发动机的潜在优势。该项目在结题时达到了预期成果，船用柴油机燃油消耗率降低了9%，改善高船用柴油机推进系统的超过50%，降低二氧化碳的排放量。
结合国外研究成果，针对国际船舶柴油机节能减排技术，总结国际上技术现状：（1）研发出了尾气处理系统，在源头上对尾气进行处理，减少燃烧产生的气体有害气体排放。（2）发动机动力系统能量综合利用， 进一步提高发动机系统效率。（3）开发新能源，加强新能源的利用，改变以往以石油燃料为主的结构。（4）通过对燃料燃烧过程技术的改进， 达到提高燃烧效率的作用。
2、船舶用柴油机在我国现状
我国船舶用柴油发展落后于国外，但是最近几年随着我国综合国力的提升，研发和制造技术都得到了很大的提升，初步形成了船舶柴油机的产业布局。具备船舶用柴油机的自主研发能力。但我国船舶柴油机产品的研发能力与国际研发能力仍有很大的差距。存在某些技术瓶颈，很多关键技术受制于人。结合我国船舶柴油机节能减排技术发展情况提出以下发展途径：（1）低速船用低速柴油机在我国发展较为成熟，但是未来应该进一步提高产品质量，降低成本，提高国际竞争力。（2）因我国高速采用机发展仍存在很多不足，为此现阶段重点发展中速柴油机开发研制的基础上，进一步总结、掌握现有技术要点和设计方法，并开发性能显著的核心部件，摆脱进口。全面掌握中速柴油机系列的设计方法，尝试对高速柴油机的研制提高关键配套件的国产化，达到节能减排的目的。（3）加强自主知识产权的建设，由仅仅的中国造向中国研究制造转变。最终达到掌握高速柴油机的总体设计和关键零部件设计技术。
3、未来发展趋势
近年来，船用柴油机随着人类对环保意识对增强，得到了飞跃性的发展。未来船舶用柴油机节能减排技术政府应该加强行业管理，在我国认真研究国际船舶节能减排相关方面的法规的变化情况，同时在引进国外先进技术的同时应该加快已有技术消化吸收和升级，在此基础上加强新技术的研发，不要一味抄袭，紧随行业发展动态和先进技术方向通过对国内外发展现状的闡述，建议采用几方面措施来达到节能减排的目的。（1）改善燃料燃烧过程通过改善燃料燃烧过程可以减少害物排放、降低燃料的消耗，提高发动机效率。（2）新型替代清洁燃料技术目前比较成熟的新型替代清洁燃料的发动机有生物燃料发动机、双燃料发动机、气体燃料发动机等。但是现在应用的新能源类型较少，未来应该尝试发展太阳能和风能等储量丰富的能源，即使不能作为船舶动力的主体动力燃料，可以尝试作为补充能源，来达到节能减排的目的。（3）能量综合利用技术目前所有船舶用柴油机都无法回避的问题就是能源利用率低，在柴油机燃烧的过程中仅有一半左右作为的动力，其他部分的能力被排出的废气和冷却水带走，这不仅能源不仅降低能源利用率，还会造成环境污染。为此未来应该加强能量的综合利用技术的研发。
4、结束语
船舶运输仍然是未来的运输业的主题，作为船舶动力的来源-船舶柴油机，船舶柴油机的发展，应该与运输业的发展同步，伴随着国际上对节能、排放法规日益严格，石油资源的日益少，船舶柴油机需要进行不断的技术研发以及加到新能源的利用率。
（作者单位：烟台中集来福士海洋工程有限公司）
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节能型抽油机研究 篇7
关键词：节能型,油田,抽油机,发展,问题
0前言
就目前我国的原油开采情况来讲, 主要分为两类: (1) 主要是通过利用地层自身的能量, 将原油"喷"出来, 通常也称之为自喷采油方法, 使用这种采油方式进行采油的大多都是一些储量大且开发时间短的新油田; (2) 一些已经经过多年的开发到了中老年阶段的老油田, 地层的能量已经不能使得原油出现自喷的现象, 必须通过使用一些机械设备将原油"采"到地面上, 这种采油的方式也被称之为举升采油或是机械采油。
1 抽油机的发展现状
由于我国油田开发年限的不断增加, 抽油机的数量也在不断的增加, 所以对与现在的油田开发来讲, 研发具有高节能性、可靠性的抽油机等石油机械设备是目前急需解决的问题。现阶段我国油田所使用的抽油机有很多的种类, 可以将其分为有粱式抽油机和无梁式抽油机。下面以有粱式抽油机为例对抽油机的分类进行简要介绍:
1.1 常规有粱式抽油机
常规有粱式抽油机是我国油田使用时间最长, 拥有数量最多的一种抽油机。常规有粱式抽油机主要采用具有对称循环四杆结构或是近似与对称循环四杆的机构, 这种抽油机主要具有以下特点: (1) 抽油机的结构简单; (2) 运行稳定可靠; (3) 维护保养简单方便。但是同时这种抽油机也具有一些缺点, 例如, 在运行过程中平衡效果较差, 并且效率低, 耗能量较高, 不符合我国的节能标准, 目前已经基本停止使用了。
1.2 前置式抽油机
前置式抽油机平衡后的理论净扭矩曲线是一条相对均匀并且基本近乎于水平的直线, 所以前置式抽油机的运行相对比较平稳, 并且减速箱的齿轮基本上没有反向负荷, 抽油机的使用寿命也相对较长。并且前置式的抽油机可以安装具有较小功率的电动机, 其节能效果非常好。
2 抽油机的节能技术
通常情况下来讲, 有杆泵式的机械采油具有较为广泛的使用要求, 并且在油田中的数量较多。但是由于有粱式抽油机也存在着能源消耗较大, 并且效率较低的问题, 但是由于油田开发年限的不断增加, 使得采油的成本也不断的提升。在油田的生产过程中如何减少游梁式抽油机的耗能量, 已经成为众多石油机械研究人员的主要研究问题。
通过对抽油机节能的方式进行研究可以发现, 抽油机的节能除了采用传统的节能型动力驱动系统以及节能型的传动元件以外, 再就是改变传统的机构运动形式或是使用新的平衡方式。以上说的这几种方式其实质就是尽可能的降低减速器输出轴上的净扭矩Tn曲线的一种波动, 由于曲柄旋转平衡重产生的平衡扭矩Tr的曲线成正弦规律变化, 这样就要对抽油机悬点载荷反映到减速器曲柄轴上的载荷扭矩Tw进行适当调整, 同时也可以使用一种动态的方式改变抽油机的四连杆的机构的杆长来对载荷曲线的变化规律进行改变, 从而达到抽油机节能的效果。并且通过对比后可以发现, 主要有以下两种表现形式: (1) 柔性连杆抽油机的最大悬点载荷较低; (2) 净扭矩曲线相对平缓, 同时增大了谷值扭矩。需要合理的选择其平衡扭矩, 从而有效的消除负扭矩。
3 抽油机的发展方向
随着我国经济体制的不断转变, 油田的发展也逐渐转变为以经济利益为中心。所以, 通过研发新技术, 有效控制能源的消耗已经成为油田开发过程中恒定不变的主题, 这也是抽油机在今后一段时期内的发展方向。在我国发展具有高效节能作用的抽油机, 必须要确保其技术性与经济性相统一, 并且在发展的过程中要明确技术是永远排在第一的位置的, 而经济性则是其次的。换句话说也是是在确保抽油机正常运行饿情况下, 才可以有效的提升抽油机的节能效果以及抽油机整体的经济性。从长期的发展来看, 抽油机主要有下述几种主要的发展方向:
(1) 具有高度智能性以及节能性的抽油机是我国传统抽油机在今后长时间的发展方向。并且就目前抽油机的发展情况来讲, 这种发展会成为抽油机发展的最高阶段。主要可以从以下两方面进行研发: (1) 根据不同油井产液量对抽油机的设备进行启停设置, 从而实现降低无效的耗能量; (2) 根据悬点载荷量的变化进行自动的平衡调整, 在运转的过程中起到节能的作用。
(2) 使抽油机逐渐向统一使用标准或是个性化方向发展, 如果可以就尽量的进行统一抽油机的生产标准, 对于不能进行统一的标准必须突出抽油机的个性。在对抽油机进行推广的过程中必须要对抽油机的零件等进行统一, 特别是抽油机的底座, 从而实现对不同油井所使用的抽油机进行更换。
4 结语
抽油机是有杆抽油机械设备中最为重要的组成之一, 在我国油田开发的过程中抽油机具有不能取代的作用。通常情况下来讲, 有粱式抽油机主要具有以下特点: (1) 其结构相对简单; (2) 非常坚固耐用。并且抽油机在我国油田中处于一种主导的位置。不过, 游梁式抽油机也有一些缺点, 例如, 其耗能量非常高、在运行过程中的荷载波动较大。
参考文献
[1]周维.游梁式抽油机节能技术的现状与展望.石油矿场机械, 1987, 16 (5) :28-32.
抽油机系统节能措施分析 篇8
根据抽油机运行中的能量传递过程, 有杆抽油系统的功率损失可分为6大部分。
1.1 电动机损失
减少电动机损耗的方法:保持电动机在60%~100%额定输出功率条件下运行, 使电动机损耗最少;在购置电动机时应尽可能选用额定效率高、高效区范围宽的电动机;应选用合适功率的电动机, 杜绝“大马拉小车”现象的出现。
1.2 皮带传动损失
皮带传动损失可分为两类:与载荷无关的损失和与载荷有关的损失。目前工程上常用的皮带的传动效率较 高 , 最高可以 达98% , 其传动损 失仅2%。现在抽油机上经常使用的窄V联组带比使用其他类型的皮带, 损失小。
1.3 减速箱损失
减速箱功率损失包括轴承损失和齿轮损耗两部分, 减速箱内有三副轴承和三对人字齿轮, 在润滑良好的条 件下 , 减速箱功 率的总损 失为9% ~10%, 即抽油机减速箱的传动效率约为90%, 这是在润滑良好情况下的数据, 如果减速箱润滑不良, 减速箱的损失将增加, 效率将下降。
1.4 四连杆机构的功率损失
在抽油机四连杆机构中共有三副轴承和一根钢丝绳。四连杆机构的损失主要包括连杆摩擦损失及驴头钢丝绳变形损失。综合考虑轴承与钢丝绳, 抽油机四连杆机构的能量损失约为5%, 即四连杆机构的传动效率约为95%。如果四连杆机构的轴承润滑保养不良, 损失将增加, 效率将下降。
1.5 管、杆功率损失
在抽油过程中, 管柱功率损失有两项:由于油管漏失 (螺纹密封不严或螺纹损坏) 引起的功率损失即容积损失功率;由于原油沿油管流动引起的功率损失即水力损失。在抽油杆与油管间、抽油杆与液体间会产生摩擦造成功率损失。抽油杆与液柱间的摩擦功耗与下泵深度、原油黏度成正比, 与抽油杆运动速度的平方成反比。
1.6 油泵功率损失
抽油泵功率损失包括机械摩擦损失功率、容积损失功率和水力损失功率。主要影响因素以容积损失和水力损失为主, 体现在漏失量及液体流过泵阀时的阻力, 因此, 减少柱塞与衬套之间的漏失, 降低液体入泵时的阻力 (采取掺液降粘、加温等方法) 可以降低该项损失。
2 降耗措施
通过分析优化杆、管组合, 制定合理的工作参数, 以及提高生产管理水平的方式来提高抽油机装置采油的机采效率。
2.1 调整冲速
由于稠油井生产呈周期变化, 因此抽油机井工作参数应根据油井产液情况及时进行调整, 在提高泵的充满程度的同时也减少抽油杆在管内液体中运动时产生的摩擦力。对13口生产井进行了冲速下调, 冲速由原来6 min-1调整为4 min-1, 并对调整前后机采效率的变化进行了跟踪测试, 结果见表1。
从结果对比可知, 调节前后平均输入功率降低了2.433 k W, 平均机采效率提高了3.314%, 降低冲速使抽油机的采油效率有了一定的提高。在短时期内降低冲速, 对油井的日产量有影响, 但从长期看可延长稠油井生产周期, 降低生产成本。
2.2 优化管杆组合, 减少抽油杆的功率损耗
根据油井 的产能情 况和井况 选择合理 的管、杆、泵, 减少抽油机带动额外质量的杆管做上下往复运动的次数。供液充分的油井通过上提泵挂减少冲程带来的损失和抽油杆运行阻力, 降低抽油机负荷, 从而提高系统效率。
现场应用时在满足抽油杆强度的前提下选择较细的抽油杆, 以减少无用功。例如020-175井, 原井载荷为7.25 t, 检泵时进行了管杆优化, 抽油杆净重减少 了0.7 t, 抽油机的 系统效率 由原来的14.28%提高到18.44%。细化抽油杆74井次, 累计见效周期为1145天, 累计节电2.198 4×104k Wh。
2.3 调整抽油机平衡度
抽油机的平衡度是下冲程的最大电流与上冲程的最大电流的比值, 抽油机不平衡会拖动电动机发电, 严重影响电动机的效率。通过跟踪单井不同平衡度下测得的输入功率变化情况, 绘制了7口比较典型的抽油井平衡度-功率曲线 (图2) , 初步认定80%~110%为最佳状态。
平衡度小 于70% 及大于120% 的不同的 油井 , 调节前后平衡度、输入功率、综合效率的跟踪对比情况见图3、图4、图5。
从各项对比数据来看, 抽油机平衡度提高后, 电动机输 入功率减 少了0.6 k W, 机采效率 提高了1.2%。从总体趋势可以看出, 相同井况下抽油机平衡越好, 机采效率越高。
2.4 合理选择抽油机的拖动设备
根据电动机的特性, 选择额定效率高、高效区范围宽的电动机。合理选择电容补偿量, 提高功率因数。这 里采用34/26 k W (6/8级) 调速电动 机 , 通常情况下使用26 k W工作, 较以前的37 k W普通电动机, 改善了工作特性, 减少了“大马拉小车”现象。
2.5 减少地面设备能耗损失
对传动部分进行合理的润滑, 减少地面运动的摩擦损耗。主要措施:
1) 对抽油机进行保养, 按时给各传动轴轴承打黄油, 及时检查更换减速箱齿轮油。
2) 合理调整皮带的松紧度, 防止皮带打滑造成丢转, 避免皮带过紧增加轴的径向力, 从而使轴承产生过大的摩擦阻力。
3) 调整井口盘根的松紧度, 减少对抽油杆的摩擦力。
2.6 减少管、杆摩擦损失
为了减少抽油杆与油管间、抽油杆与液柱间摩擦造成的功率损失, 管理上要求合理提高掺油、掺水的温度, 降低原油黏度。
3 结束语
抽油机节能改造方式应用对比 篇9
一、常规游梁式抽油机机械能耗分析
目前采油厂稀油老区常规游梁式抽油机的改造方式主要是调径变矩节能改造。主要机型为CYJY10-3-53HB型抽油机, 该机型结构简单, 操作方便, 经久耐用, 长期以来仍然是油田生产的主要举升设备。但存在能耗高, 调参占产时间长, 维护强度大等缺点。
1. 平衡特性差
常规游梁式抽油机的平衡率仅达到70%~85%。
2. 常规游梁式抽油机能耗分析
百口泉油田抽油机井机械能耗按照生产井的产量、液面、冲次、泵效、有功功率等进行对比, 测得的28口井平均值如表1所示。
k W·h
(1) 常规游梁式抽油机采用曲柄平衡方式, 所配备的电机额定功率为30k W, 减速箱峰值扭矩高, 启动电流大。以测得10型抽油机节能改造前为例, 电动机的发电功率为2.6, 自然功率因数平均小于0.40。
(2) 抽油百米吨耗0.912k W·h, 效率较低、单耗较高。
(3) 抽油系统效率为29.9%, 抽油地面效率66.1%。通过抽油系统节能改造可以降低抽油机机械能耗。
二、改造方式现场实施及效果
1. 提高抽油机效率, 降低能耗
在保证油井供采协调的前提下, 实现产量、效率、寿命三者的协调统一, 降低机械能耗, 延长设备使用寿命。
2. 常规游梁式抽油机节能改造方法
(1) 下偏杠铃复合平衡改造方式
2002年, 油田公司抽油机制造厂家先后对常规12、14型抽油机进行了节能改造试验, 采用游梁增加下偏杠铃平衡锤的改造方案 (图1) , 更换了电机和配电箱。改造后通过调整下偏杠铃重量来调整平衡, 取得了一定的节能效果 (表2) 。
(2) 双驴头悬挂偏置改造方案
2006年, 对常规10型抽油机进行了节能改造, 采用双驴头改造方案 (图2) , 增加平衡驴头、平衡箱、支撑装置, 更换曲柄、电机和配电箱, 对原机支架、底座、刹车装置进行了改造。改造后通过调整平衡箱内平衡块重量来调整平衡, 平衡调节非常方便, 平衡效果好, 节能效果明显 (表3) 。该方案改造不能在现场实施, 工作量大, 费用高。
(3) 下偏游梁平衡改造方案
下偏游梁平衡节能改造是采用下偏平衡的原理, 改变原机的平衡方式, 通过更换曲柄、在游梁尾部加装吊臂和配重箱、将曲柄平衡改为调径变矩游梁平衡 (图3) 。这样可使平衡扭矩变化曲线最大限度地吻合负载扭矩曲线, 从而得到平稳、低峰值的净扭矩曲线, 降低了减速器和电动机的扭矩, 也降低了抽油机运行电流, 实现节能 (表4) 。
(4) 改造方案对比
改造方案对比如表5、6所示。
三、结论
1. 优点
采用3种节能改造方式后的抽油机启动电流较小, 整机运行较平稳, 平衡率高, 而且节能改造所设计的游梁支撑装置, 大大减小了调参时间, 增加了抽油机调参时的安全性。
2. 悬挂偏置方式的不足
悬挂偏置节能改造方式的后置驴头通过吊绳悬挂配重装置, 配重易受大风影响而发生摆动, 影响抽油机运转平稳。且该方式增加了易损件后配重吊绳, 增加了后期的维护成本。
3. 承载能力提高
平衡方式改变, 提高了抽油机承载能力。
4. 降低电机配置功率, 节约能耗
降低了悬点负荷的峰值, 减速箱的净扭矩曲线变得平滑, 从而降低电机配置功率, 达到节能降耗的目的。
5. 机电合理配置, 节能效果显著
抽油地面系统改造和配置中某个单项技术的应用在一定条件下也可以减少能耗, 但其功效往往受多因素制约, 要达到最好的节能效果, 关键在于抽油机、电动机、配电箱、变压器的合理配置, 才能达到地面抽油系统整体节能效果。
6. 加强日常管理, 体现节能效果
抽油机是否节能取决于抽油机的平衡度, 为使节能机真正达到节能效果, 加强抽油机调平衡管理是日常管理中的主要措施。
7. 下偏游梁平衡改造后应以低冲次运行
下偏游梁平衡改造方式因平衡力臂较长, 高速运行时平衡力臂会有轻微振动, 影响到横梁连杆的稳定性, 因此冲次一般采用6次以下。
摘要：针对新疆油田在用常规游梁式抽油机能耗大、机型陈旧、不能适应油井深抽需要的现状, 将常规游梁式抽油机改造成调径变矩抽油机。改后节能效果显著, 运转平稳, 管理方便。
抽油机变频节能分析研究 篇10
关键词：抽油机,节能,变频
0 引言
抽油机在石化企业的使用已经有接近百年的历史,是常用的地面动力传动设备,它是“三抽”系统的重要组成部分并承担着主要作用。在抽油机的范围内,游梁式抽油机的使用时间最长,使用率高,并且使用范围和区域也非常广,它结构简单,操作方便,维护容易而且成本低,因此现在有许多产油企业仍然在大范围地使用它,这也是游梁式抽油机百年来受欢迎的原因。但是,随着一些油田石化企业进入开发后期,油井含油量不断下降,含水量在上升,使得石油开采的生产成本也在不断地增加,因此当前需要解决的问题还是开发研究抽油机节能设备,以提升抽油的效率,减少抽油的损耗。
从20世纪70年代开始,研究人员已经开始研究一些新型具有节能功效的抽油机来降低采油的生产成本,其中有杆抽油技术取得了实质性的突破,因此在最近的30年中,科学研究人员设计并且开发了具备节能效果的改进型抽油机。这些节能型抽油机可以最大限度地实现节约能源,提高运行的经济效益,取得良好的社会效益。采用节能技术,不但可以减少动力的损耗,还可以增强抽油机的性能,提升了其动力特性。此外,采用节能型抽油机可以减小抽油机的质量和占地面积,提高抽油机的使用率,并且使其具备智能化等。
节能设备的驱动包含了改变电动机的机械结构及其机械特性,要设计出一种电动机与抽油机工作特性匹配,并适应于抽油机所处环境。如果要提升电动机的效率,需要改变电动机的功率因数与转差率,功率因数的增加,可以反映电动机的节能效果,而转差率高的电动机同样可以达到节能的效果。传统的电动机转差率一般低于0.05,较高转差率的电动机的转差率一般在0.1～0.13之间,可以使用更高转差率的电动机来替代以前的电动机。
1 电动机节能工作原理
从原理和电机工作特性上来讲,电动机的选择是由其机械特性及负载特性决定的。电动机的效率和功率因数随负载变化的曲线如图1所示。
图1中,PN代表额定功率,P2代表电动机的输出功率,功率因数是cosf,效率为η。我们假设β=P2/PN为系统的负载率,β的取值范围处于0.75～1.00的时候,电动机的功率因数和效率接近额定负载时的功率因数和效率。如果β的取值范围处于0.50～0.60,电动机功率因数将会降低1 1%～14%,同时效率降低3.5%～4.5%;如果β的取值范围小于0.40的时候,功率因数降低21%～29%,而效率降低很大,达到10.5%～14.5%。这也就是抽油机在使用异步电动机时所存在的问题,绝大多数时间运行效率和功率因数低。因此,只能让电动机保持在较稳定状态下的负荷,才能符合抽油机所需要的额定的功率,同时电动机的功率因数方可以更加接近1。
根据上面的分析可知,抽油机工作效率不高的原因是抽油机工作特性和它所用的异步电动机的机械特征性能不完全匹配。
2 抽油机电动机功率的计算
抽油机的工作效率与交流异步电动机的很多参数有关,这些参数除了电动机自身的额定输出机械功率的数值和各种额定电气参数的数值外,还与电动机所带的负载机械特性有着密切的关系。在交流异步电动机输出的机械功率的数值低于额定功率的数值很多的情况下,这时异步电动机的工作效率比较低,从而降低了整个系统的工作效率。此外,由于一些特殊原因引起的效率低下,例如启动转矩较大的时候,带动比较小的负载或者选择小功率异步电动机机作为控制对象,这时就会出现不匹配的现象。在整个电动机输出机械功率大致相同的同时,电机在各个部分消耗能量的大小和形式是有所不同的,它最终的表现为铁损、铜损、机械损耗及其他损失。从抽油机的角度分析消耗的能量,是由于抽油机的工作状况和交流电机使用情况不匹配,并且异步电动机和游梁式抽油机工作状况相差较大,所以在抽油机所带的负载发生变化时,电动机所提供的速度没有进行相应的调整,以致电机输出的功率没有得到很好地利用,实际输出的能量不少,但大部分能量都没有得到有效地利用。从机械的角度看,大部分能量会在机械装置的内部应力中(峰值阻力矩高)被消耗,因此整体系统耗电量不低。抽油机采用的异步电动机的输出机械特性与负载特性决定了它的工作效果。下面分析异步电动机功率和转矩之间的联系。
公式(1)中:M表示转矩,单位为N·m;N为电动机额定功率,单位为kW;n为悬点冲次,单位为min-1;η为电动机效率,η=η1×η2;η1为传送带传动效率;η2为变速箱传动效率。
则电动机的额定功率如公式(2)。
从公式(2)可以看出,电动机的额定功率与转矩和转速的值有关,在负载不变的情况下,与两者的乘积呈正比关系。如果负载发生改变,那么上述计算方式也要改变。如果按照上面公式计算,会导致电机运行效率较低,影响系统节能效果。在这种情况下,需要改用下面的公式进行分析和计算。电动机功率与转速计算公式如公式(3)。
公式(3)中:Nr为需要的电动机额定功率,单位为kW;n为悬点冲次,单位为min-1;η为电动机传动效率;Me为均方根转矩,单位为N·m。
上面公式里出现的均方根转矩,它也可以用等效法进行等效。具体操作是在电动机产生热量一致的情况下,那我们可以用瞬时转矩来等效均方根转矩的算法。
公式(4)中:M为曲柄轴实时转矩,单位为N·m,θ为曲柄转角。在进行计算的过程中,Δθ的取值越小,那么相应计算结果会更加精确。
周期载荷系数(CLF)表达式如公式(5)。
公式(5)中:Mi为曲柄在i的实时转矩,单位为N·m。
3 抽油机变频节能分析
电动机的节能在石化企业至关重要,我们一般使用节电率衡量电动机节能的性能。它表示了电动机下降功率与有功功率的比值。公式如下。
公式(6)中:ψ为节电率;N,Ne为改造前、后电机的输出功率,单位为kW。
由公式(3)可知,Me的值越低,Nr的值越低,电机的输出功率变低。可以看出,从上面公式的求解,可以看出电动机工作状态发生改变,输出功率下降,从而消耗的电能减少。而电动机转矩变化的平稳性增加,电动机的工作状况得到很好的改良,提高了工作效率,从而实现节能的目的。
改良以后的抽油机变频节能效果可以通过对其中的运行数据进行分析计算。改造以前,平均有功功率为6.6 kW,改造后为6.1 kW,节约电能约7%。单井每天节约电能10 kW·h,那么540口油井一年节约电能达到10 kW·h。同时,对其控制柜进行改良,改良前,平均有功功率为9.5 kW,改造后为8.4 kW,节电率达到1 1%。从以上分析可以看出,运用变频调节可以节约电能。
以全天24 h运行的中小型抽油机配套的75 kW异步电动机为例,企业增加75 kW异步电动机配置抽油机变频节能控制设备成本约6万元。每台抽油机年平均节约用电量为15 kW·h。每年节电为15万kW·h×11%=16 500 kW·h。现在根据调查地区工业用电的价格为0.975元/kW·h,这样单台设备每年节约电费为16500×0.975=16 087.5元。运用此技术还可以节省其他设备(如软启动装置及保护装置等)所需的费用2 000元。那么,节省的总费用为18 087.5元,投资的回收周期为60 000/18 080≈3.3年。
从以上分析可以看出,投入变频节能装置不但可以从实质上达到节能的效果,而且可以使投资回收周期变短,从而获得更好的经济效益。
4 总结
石化企业电动机节能越来越受到重视,抽油机等设备装置的节能方法更成为石化企业重点讨论和研究的对象。本文通过计算和分析,分析每个装置在不同情况的效率计算公式,增加变频调速装置来完善电动机的效率,同时对其中的机械与电气环节进行改良,使得最后综合效率提高,达到企业生产的需要。
参考文献
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抽油机电机的节能标准改造探讨 篇11
1电机节能及能耗分析分析
1.1电机能耗机理
电机分为直流电机、交流电机和控制电机。直流电机的电源为直流电,调速过程平滑,有着良好的启动性和经济性,多用于对调速和气动有一定要求的设备。交流电机的电源为交流电,从电源频率和转数上又分为同步电机和异步电机。电机转速为n值,在同步电机中,电源频率和n之间的关系固定,在负载变化的情况下也不会发生改变,可对其功率因数进行调节,在空载状态下实现无功功率的调节。对于异步电机,n值始终低于电源产生的旋转磁场转速,因定子绕组的相数区别可分为单相异步电机和三相异步电机,单相多属于小型,而多相则有着不同的容量。
电机的损耗主要包括了恒定损耗、负载损耗和杂散损耗。恒定损耗不受负载影响,主要是因不同的设计参数而形成的固有损耗,包括转速、结构、制造工艺和材料等,可分为铁心损耗和机械损耗。负载损耗也称为铜耗,是电流在通过转子绕组和定子是而出现损耗,绕组电阻和负载电流决定了该值的大小,占总损耗的两成到七成。杂散损耗是约为总损耗的10%~15%,是铁心和导线等金属部件在转子、定子的高次谐波下出现的损耗。
1.2高耗低效原因分析
对油田抽油机的使用现状进行统计分析,造成电机高耗低效的原因主要包括大量老旧电机的使用、不当的电机匹配、特殊的工艺要求。当前存在电机超期服役的情况,有的甚至超过二三十年,这些电机内部存在严重的老化,且制造工艺和材料均已淘汰,技术性能无法达到需求,这就使得电机效率远低于新型电机。
在电机选配方面,存在不合理的情况,主要表现在以下几个方面:不合理的形式、不合理的容量、不合理的转速以及不合理的转矩。因工艺需求,抽油机的周期变化负载导致了不同阶段不同转矩,这就需要对容量裕度进行合理配置。
2抽油机负载特点
抽油机在工作中,油柱上升中需要大功率,而在下方因自由落体不需要动力,为保持均匀负荷,通过添加平衡块的方式来实现平衡,电机轴上所承受的总负载转矩为平衡扭矩加上符合扭矩。在以曲柄转交和总负载转矩的关系形成的抽油机负荷曲线图中,随着油井的变化,曲线有所不同,受平衡和井况影响,具有以下特点。
抽油机的负载为波动且具有周期性,以冲次来对波动频率进行描述,通常情况下,抽油机冲程为每分钟6到12次,波动周期为5到19秒。平衡扭矩为正弦曲线,但负荷扭矩呈不规则,总负载转矩曲线在呈现负功率时,电动机会进入发电制动状态。在负载扭矩曲线的一个周期内,平均值在最大值的1/3处,上下冲程都存在一个死点,在停车后的启动中,启动点始终未负载较大的死点。
鉴于抽油机负载的特殊性,如果采取普通异步电机就会造成浪费。抽油机的启动是从死点附近带载启动,有着较大的惯性矩,为保证生产的顺利进行,电机的选配过程中就需要以最大扭矩为参考值,但是进入到正常工作后,平均转矩只是最大扭矩的1/3,使得电机工作始终处于额定功率的1/3状态,造成浪费。再者,井场存在砂卡结蜡等情况时,为保证启动过程中不出现烧毁而对电动机进行不断更换,人为因素导致余量的增加,加剧了浪费程度。对现有的抽油机进行负荷率统计,通常在20%左右,稍微能维持在30%这一相对高位,过低的符合运转使得电机效率无法提升,功率因数降低。在抽油机负载的周期性波动带动下,电机转速也出现波动,加大其损耗。因抽油机的平衡决定了周期性负载,无法做到根治。负功率出现在电网和电机中,在有功电能的吞吐作用下,使得功率因数不断恶化。
3节能及改造过程
关于电机节能方面的标准主要有国家标准GB18613《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》,现今参考的是2012年颁布的第三版标准。在该标准中,中小型三相异步电动机效率可分为1级、2级、3级三个等级,适用范围为2极、4极、6极,额定功率在0.75~375 k W,50 Hz三相交流电源供电,1 000 V以下电压。抽油机电机进行改造过程中可参考此类标准。
对异步电机进行分析,在不变的频率下,负载转矩M也为固定值,存在一个电压值U使其实现最优化,在该电压下能实现最高效和最小损耗。输入功率P1与电压变化f(u)呈反抛物线分布。鉴于抽油机工作负荷的周期性波动,为实现曲线各点的最优化工作,就需要电机的输入电压也能随着负载扭矩的变化而变化。这就需要功率因数控制器来对输入电压进行调节,使其与负载波动对应,这类交流调压装置在当前技术下较容易实现,提升抽油机节能状况的优化方式可采取变压变频。从抽油机的恶劣工作环境分析,通常不可能采取电力电子节能装置,过高的成本,造成破坏后不能自助修理,且极易发生设备失窃的可能,导致高新设备的应用受阻。
虽然电力电子节能装置在实际应用中无法推广,但是还有一种现实可行的方法,就是对电机定子绕组进行切换。最常见的抽油机电机功率在7.5~75 k W之间,采取的Y系列异步电机,为满足大转矩的启动要求,可在启动时用三角形接法来实现定子绕组。当处于正常工作状态下,对每组绕组分成两部分,形成延边三角形,以此来降低电压和输入功率,实现节能,针对现采用的电机,可采取1∶1和1∶2两种类型。在换接定子绕组后,降低了电机相电压和最大扭矩,这就降低了过载能力。需要对过载能力进行考察,因为当最大扭矩还未达到抽油机峰值扭矩时容易导致停车。
抽头比K为Y形部分和三角形部分的匝数比,过载能力变比Kt为延边三角形接法和三角形接法时的最大扭矩之比,等效降压比Ku为延边三角形接法和三角形接法时的等效相电压之比,改接后的最大转矩倍数Km为延边三角形接法时的最大转矩与电机额定转矩之比。一般情况下的Y系列电机中,抽油机的六、八极电机Km值为2。定子绕组换接后电机的过载能力,在1∶1类型中,Ku、Kt、Km分别为0.71、0.47、0.94,在1:2类型中,分别为0.78、0.56、1.12。
对原电动机进行改进后,保持了原有的启动力矩和启动电流,使其启动特性不变,改造后的电机也能再远场合正常适用,改造后,负载越小,节电率就会随之变得越高。改造的过程较少投入且操作简单,效果明显,进行适当改进后也能应用于其他系列电机,适合应用于采油厂的技术改造。
摘要：抽油机在油田生产中是用电大户,随着节能减排的不断深入,对抽油机电机的节能改造刻不容缓。本文主要从电机的能耗机理和耗能情况分析出发,结合抽油机的负载情况来进行改造,分析节能原理后制定对应的改造方案来进行改进,寻求更佳的节能运行方案。
关键词：抽油机,电机,节能
参考文献
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