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抽油机电机节能方法探讨
摘要:根据抽油机的特点,提出了去发电、增惯量、平曲线的节能思路,并结合油井示功图,总结出油井系统节能的概念,在此基础上指出抽油机电机应该具备的功能,为进一步节能创造条件。
关键词:抽油机;示功图;节能
一、目前抽油机拖动系统存在的问题

~,浪费了电力资源。为了提高抽油机电动机的功率因数,比较常规的办法是利用补偿电容器,包括两种方法:一是采用固定补偿;二是功率因数动态补偿。不管采用哪一种方法,电机本身的功率因数并不会改变。
2.“大马拉小车”问题严重
自从抽油机诞生以来,这个问题就一直困扰着企业和高校,但这个问题一直没有得到很好的解决。临盘采油厂机械采油系统多数是1台变压器拖动1口油井,变压器的额定容量为50~100kVA,电动机的额定功率多为22kW、30kW、37kW、45kW、55kW。由现场的测试结果可知,电动机的实际输入功率大部分在3kW~10kW之间,电动机的负载率很低,功率因数也很低,无功电流比例很大,导致线损增加。这是所有油田都存在的问题,造成这种现象的原因是:抽油机负载有静转距大而运行转距小的特点,所以要配置大容量的电机,保证足够大的起动转距,因此变压器的容量也随之增加。这虽然解决了抽油机的起动问题,但由此却带来了机械采油系统的“大马拉小车”问题,变压器、电动机负载率下降,自身损耗相对增加,造成了电能的浪费。

从本质上讲,游梁式抽油机井口载荷曲线近似于正弦曲线,而游梁式抽油机曲柄的圆周运动是严格意义上的正弦曲线,所以游梁式抽油机只能平衡掉井口载荷曲线的一阶分量,系统总是达不到完全平衡,这将导致抽油机带动电动机超过电动机的同步速度运行,电动机变成异步发电机向电网反送电,这就是“倒发电”现象。

随着节能意识的提高,抽油机系统调速问题凸显出来,为适应产量的变化就需要调速,因此变频调速技术在电机调速中得到广泛应用。由于抽油机拖动系统存在着不同程度的“倒发电现象”,承担变频调速任务的变频器必须工作在四象限状态,或者设置泄放回路,使变频器的效率和可靠性降低。特别是1140V供电系统,其电压属于中压范围,在变频器件的选择上很难兼顾到性价比,造成成本过高。由于上述原因造成抽油机系统调速困难。
驱动抽油机的电动机感知的负荷是以冲程为周期连续变化的负荷。电动机的功率曲线有三个特点:是周期的;是连续的;有限个第一类间断点,总之是符合狄氏条件的。我们可以从现场测量的电动机功率曲线清楚地看到它的特点。
二、目前抽油机拖动系统节能装置简介
目前,在我国的石油开采成本中电费占了相当大的比例,所以,石油行业十分重视节约电能。抽油机节能,主要有研究推广节能型抽油机和抽油机节能电控装置两个方法,本文对节能型抽油机的应用暂不讨论,重点介绍节能电控装置。常见的抽油机节能电控装置大体上可以分为三种类型,下面分别讨论。
(POC)
对于供液不足的油井,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,这样就浪费了大量的电能。对于这种油井,最简单的方法是实行间抽,间抽的判据可以是液位、时间、压力。最简单的判据是根据每口油井不同的工况,设定间抽时间。当井下液量少时关闭抽油机,等待液量蓄积到液面超过一定深度时,再起动抽油机抽吸,从而提高抽油机的工作效率,避免电能浪费。下图1是比较典型的供液不足油井示功图,图中出现的“刀把”是供液不足的表现。
间抽控制器的优点和经济效益是显而易见的,由于缩短了抽油机的工作时间,大大减少了能量消耗。具体做法是:根据油井示功图的具体情况设定间抽控制时间,然后再根据产量校正,找到产量与不间抽时一致的时间,就达到了目的。对于一口油井而言,工况相对比较稳定,因此间抽时间是可以确定的。间抽控制器的缺点是在停井期间,容易被盗、被破坏。
、调压节能型
由于抽油机负载有静转距大而运行转距小的特点,所以要配置大容量的电机,保证足够大的起动转距,因此要实现软起动很困难,现场的实践也表明了这一点。另外,抽油机在开始起动时,需要的转距较小,但是随着负载峰值的到来,转距急剧增加,因此软起动不好实现。由于软起动器的电压是呈陡坡上升的,虽然在达到起动转前电动机并不旋转,但随着电动机轴上扭矩的不断增大,被拖动的负载慢慢被加力,所以用软起动器不一定能减小冲击电流,但可以减小起动机械冲击。但是从现场使用情况看,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是很难做到的,常常在负荷或电压波动时造成电动机烧毁。同时可控硅调压节电装置产生的谐波会对电网