邢臺(tái)（青海油田鉆采工藝研究院節(jié)能監(jiān)測(cè)中心）

抽油機(jī)柔性運(yùn)行技術(shù)在烏南油田應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

邢臺(tái)（青海油田鉆采工藝研究院節(jié)能監(jiān)測(cè)中心）

基于青海油田抽油機(jī)變頻控制柜廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提升青海油田機(jī)采井能效，特別是對(duì)于嚴(yán)重供液不足的低產(chǎn)井，試驗(yàn)應(yīng)用抽油機(jī)柔性運(yùn)行技術(shù)，在青海烏南油田試驗(yàn)應(yīng)用13口井的抽油機(jī)柔性運(yùn)行技術(shù)，通過(guò)測(cè)試分析抽油機(jī)柔性運(yùn)行與常規(guī)運(yùn)行參數(shù)各項(xiàng)參數(shù)的差別，對(duì)抽油機(jī)柔性運(yùn)行的應(yīng)用進(jìn)行效果評(píng)價(jià)，13口井平均泵效提高20.88個(gè)百分點(diǎn)；系統(tǒng)效率平均提升5.52個(gè)百分點(diǎn)；綜合節(jié)電率達(dá)到18.02%。

常規(guī)運(yùn)行；柔性運(yùn)行；效果評(píng)價(jià)

1 概況

隨著青海油田抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的廣泛應(yīng)用，近年來(lái)，基于該技術(shù)的應(yīng)用，一種新型“柔性運(yùn)行”抽油技術(shù)在抽油機(jī)上得以開(kāi)展和實(shí)施。

青海油田年采油井開(kāi)井2000余口，90%抽油機(jī)井配備了抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)變頻控制柜。由于游梁式抽油機(jī)固有的特點(diǎn)，決定了電動(dòng)機(jī)和減速箱運(yùn)行過(guò)程中，所承受的是一種周期性交變負(fù)載，電動(dòng)機(jī)和減速箱的扭矩峰值及交變幅度大，電動(dòng)機(jī)輸入功率曲線波動(dòng)幅度大，由于抽油機(jī)平衡調(diào)整的不及時(shí)及井下負(fù)載變化頻繁，減速箱扭矩?fù)Q向時(shí)齒輪易出現(xiàn)“背擊”現(xiàn)象；常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)下抽油機(jī)“懸點(diǎn)”運(yùn)行軌跡為準(zhǔn)正弦運(yùn)動(dòng)，桿柱承受的振動(dòng)和慣性負(fù)荷不均衡，造成對(duì)桿柱的沖擊；曲柄雖然做勻轉(zhuǎn)速運(yùn)行，但桿柱及柱塞的運(yùn)行速度分布不均、存在較大的速度峰值；對(duì)于嚴(yán)重供液不足的井，時(shí)常導(dǎo)致過(guò)度磨損以致發(fā)生卡泵損壞的現(xiàn)象發(fā)生。為了進(jìn)一步挖掘抽油機(jī)節(jié)能潛力，解決上述問(wèn)題，青海油田引進(jìn)了抽油機(jī)柔性運(yùn)行技術(shù)的試驗(yàn)應(yīng)用項(xiàng)目。

2 抽油機(jī)柔性優(yōu)化運(yùn)行的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 技術(shù)理念

抽油機(jī)柔性運(yùn)行控制技術(shù)核心是保持抽油機(jī)原設(shè)備結(jié)構(gòu)不變[1]，以“非勻速舉升邏輯技術(shù)”控制策略[2]作為整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)抽油機(jī)負(fù)載跟蹤，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與抽油機(jī)負(fù)載的柔性配合，不僅能夠使抽油機(jī)降低能耗，還可以提升泵效，從而提高抽油機(jī)整體工作效率。

2.2 技術(shù)原理

柔性運(yùn)行控制原理是通過(guò)分析抽油機(jī)懸點(diǎn)不同位置與電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的關(guān)系，制訂出懸點(diǎn)負(fù)荷與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的匹配方案[2]。該技術(shù)表現(xiàn)形式為主動(dòng)變速驅(qū)動(dòng)，當(dāng)懸點(diǎn)負(fù)荷降低時(shí)通過(guò)增大電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)速度并主動(dòng)保持一定的驅(qū)動(dòng)力的輸出，使機(jī)械系統(tǒng)吸儲(chǔ)一定的能量；當(dāng)懸點(diǎn)負(fù)荷增大時(shí)主動(dòng)抑制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力的輸出，借助減速過(guò)程中機(jī)械系統(tǒng)釋放的動(dòng)能補(bǔ)償系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動(dòng)力。通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)力大小和變化率的控制，達(dá)到充分利用機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)能儲(chǔ)能作用，使電動(dòng)機(jī)與齒輪箱實(shí)現(xiàn)無(wú)負(fù)荷突變、無(wú)沖擊打齒，驅(qū)動(dòng)力變化連續(xù)平滑，扭矩峰值大幅度降低，從而有效地改善地面旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力分布規(guī)律。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2014年6月至2015年12月，篩選了青海烏南油田供液能力差、油井泵效低、抽油泵存在干抽現(xiàn)象的13口井，通過(guò)抽油機(jī)柔性運(yùn)行技術(shù)的實(shí)施，降低抽油機(jī)扭矩峰值，改善抽油機(jī)整體工作效率，降低抽油機(jī)能耗。

通過(guò)應(yīng)用，對(duì)13口井在工頻和柔性運(yùn)行狀態(tài)下的電流、功率、光桿速度、最大及最小載荷、泵效、系統(tǒng)效率及單井節(jié)電等多個(gè)方面進(jìn)行了測(cè)試比對(duì)。數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2。

表1 抽油機(jī)柔性運(yùn)行和常規(guī)運(yùn)行下系統(tǒng)效率等參數(shù)測(cè)試對(duì)比

通過(guò)表1和表2多項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試和計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，在保持產(chǎn)液量基本不變的情況下，柔性運(yùn)行與常規(guī)運(yùn)行相比，13口井的泵效最小增加14.95個(gè)百分點(diǎn)，最大增加27.98個(gè)百分點(diǎn)，平均泵效提高20.88個(gè)百分點(diǎn)；系統(tǒng)效率平均提升5.52個(gè)百分點(diǎn)；功率峰值平均下降47.22個(gè)百分點(diǎn)，電流峰值平均下降55.73個(gè)百分點(diǎn)；光桿上行速度峰值下降21.19個(gè)百分點(diǎn)，光桿下行速度峰值下降21.5個(gè)百分點(diǎn)；平均有功節(jié)電率為15.76%，平均綜合節(jié)電率達(dá)到18.02%；懸點(diǎn)最大載荷平均降低2.85 kN，懸點(diǎn)最小載荷平均增加1.32 kN，載荷波動(dòng)幅度平均降低17.27個(gè)百分點(diǎn)。

4 結(jié)論

相比常規(guī)運(yùn)行，抽油機(jī)柔性運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，將“恒轉(zhuǎn)速、變功率”運(yùn)行轉(zhuǎn)為“變轉(zhuǎn)速、恒功率”運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)功率平穩(wěn)輸出，起到“削峰填谷”的作用，有效改善了管、桿柱受力狀況，從而可有效降低抽油桿的疲勞損傷及偏磨程度，延長(zhǎng)管桿及設(shè)備的使用壽命、提高系統(tǒng)效率、降低舉升能耗。

[1]丁喬，張敏.抽油機(jī)運(yùn)行過(guò)程優(yōu)化控制技術(shù)的柔性啟動(dòng)運(yùn)行特性分析[J].北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，22（1）：12.

[2]馬樹(shù)寶.游梁式抽油機(jī)SURF系統(tǒng)過(guò)程優(yōu)化與柔性運(yùn)行技術(shù)的應(yīng)用[J].中外能源，2015，20（1）：89.

表2 抽油機(jī)柔性運(yùn)行和常規(guī)運(yùn)行下年節(jié)電量分析和桿速對(duì)比

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.01.005

2016-10-12 （編輯 王古月）

邢臺(tái)，高級(jí)工程師，1987年畢業(yè)于華東石油學(xué)院（礦場(chǎng)機(jī)械專業(yè)），從事節(jié)能監(jiān)測(cè)及節(jié)能節(jié)水技術(shù)研究工作，E-mail：xtqh@petrochina. com.cn，地址：甘肅省敦煌七里鎮(zhèn)鉆采工藝研究院，736202。