摘要：本文介紹了風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器在抽油機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用情況。通過改造，實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)高效運(yùn)行，達(dá)到了節(jié)能降耗和提高產(chǎn)量的目的。 關(guān)鍵詞：變頻器 抽油機(jī) 節(jié)能 1.引言 我國的油田絕大部分要靠注水來壓油入井，靠抽油機(jī)把油從地層提升上來。以水換油，以電換油是目前我國油田的現(xiàn)實(shí)。如何提高采油效率，降低采出液的噸液能耗，提高產(chǎn)量，使抽油機(jī)的參數(shù)更好的適應(yīng)地上、地下工況，使現(xiàn)場(chǎng)抽油機(jī)調(diào)節(jié)更為方便，成為大家的焦點(diǎn)。 目前，在油田抽油機(jī)設(shè)備中，以游梁式抽油機(jī)使用方便、可靠，是目前油田采油生產(chǎn)中的主要設(shè)備，應(yīng)用最為普遍，數(shù)量也最多。下面以游梁式抽油機(jī)為例，介紹風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器在其上面的應(yīng)用。 2.游梁式抽油機(jī)工作原理 游梁式抽油機(jī)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)很重的鋼質(zhì)滑塊的旋轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，依靠杠桿的作用，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，完成抽油過程。 抽油機(jī)電機(jī)的負(fù)荷是一周期性脈動(dòng)負(fù)荷,并迭加有瞬間的沖擊。為了減小抽油機(jī)上下沖程負(fù)荷的波動(dòng),一般都配有平衡塊。為了保證足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,抽油機(jī)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率很低,一般在20%～30%。低負(fù)荷率運(yùn)行，造成功率因數(shù)低,效率低,電能浪費(fèi)大。 因此，在設(shè)計(jì)選配抽油機(jī)電機(jī)時(shí)，普遍的做法是令其抽取量大于實(shí)際負(fù)荷。它所帶來的新問題是當(dāng)抽油機(jī)排量過剩時(shí)，抽油機(jī)的運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)無功抽取，出現(xiàn)空抽或泵空狀態(tài)，過剩的抽油能力令抽油機(jī)的無功抽取時(shí)間增加，造成油井開采的電費(fèi)成本居高不下，能源浪費(fèi)十分嚴(yán)重。因此，抽油機(jī)的節(jié)能潛力非?？捎^。 節(jié)能包括兩個(gè)方面：一是從電動(dòng)機(jī)本身考慮，提高電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率和效率；二是從系統(tǒng)考慮，改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，使機(jī)、桿、泵整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到較好的配合，提高系統(tǒng)效率。兩者比較，后者的節(jié)能潛力比前者大得多。在游梁式抽油機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅機(jī)、桿、泵整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到較好的配合,自動(dòng)化程度提高，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少工作量，而且節(jié)能效果明顯，綜合效益顯著。 3.抽油機(jī)專用變頻器工作原理 根據(jù)抽油機(jī)是交變工作載荷的特點(diǎn)，風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器內(nèi)置了專用的運(yùn)動(dòng)控制程序。風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器，可以根據(jù)油井的實(shí)際情況，由操作設(shè)置油井工作參數(shù)和工作方式，經(jīng)過運(yùn)算處理后，變頻器自行調(diào)整抽油井工作制度，改變抽油機(jī)的沖程頻次，達(dá)到上、下沖程間的平穩(wěn)過渡。變頻器本身具有抽油機(jī)所需的各種保護(hù)功能及相應(yīng)的放電回饋電路，而且風(fēng)機(jī)可以有溫度自動(dòng)控制，也節(jié)約相應(yīng)的能源消耗。 我們針對(duì)抽油機(jī)載荷的特殊性和野外工作特點(diǎn)，按照嚴(yán)格的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造抽油機(jī)專用變頻器，把制動(dòng)電路、回饋電路、無線濾波器、線路電抗器和防雷擊裝置集成到專用變頻器中，增強(qiáng)整機(jī)的可靠性。 4.風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器的節(jié)能原理 風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器可根據(jù)井下供液情況，自動(dòng)調(diào)整抽油井工作制度，使游梁式抽油機(jī)的固定動(dòng)態(tài)特性變?yōu)榭筛鶕?jù)油井開采情況自動(dòng)調(diào)節(jié)的可變動(dòng)態(tài)特性，提高泵充滿系數(shù)及排量系數(shù)，達(dá)到節(jié)能，增產(chǎn)，無級(jí)調(diào)速的效果。 風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器采用動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程頻次和上、下行程的速度，達(dá)到節(jié)電又增產(chǎn)的目的。 （1）可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程頻次，節(jié)電。抽油機(jī)的沖程頻次可以通過機(jī)械的方法調(diào)整，但是，一旦調(diào)整好之后，人是不可以經(jīng)常改動(dòng)的，并且通過皮帶輪直徑調(diào)整頻次的方法是有限的，不能動(dòng)態(tài)適應(yīng)油井負(fù)荷的需要。而變頻調(diào)速則能動(dòng)態(tài)調(diào)整抽油機(jī)的轉(zhuǎn)速，可無級(jí)調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖次，從而調(diào)整泵的充滿度，提高抽取效率，增加原油產(chǎn)量，減少了電機(jī)功率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能目的。 （2）可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的上、下行程的速度實(shí)現(xiàn)節(jié)能增產(chǎn)的目的。由于采用變頻調(diào)速技術(shù)，通過上、下死點(diǎn)位置傳感器控制變頻調(diào)速器上、下沖程輸出不同頻率的電源，從而使電動(dòng)機(jī)上、下沖程轉(zhuǎn)速不同，可無級(jí)調(diào)節(jié)抽油機(jī)上下沖程速比。還可以根據(jù)實(shí)際需要分別地調(diào)整每一沖程下行程的速度，可以提高原油在泵的充滿度；而適當(dāng)提高上行程的速度，則可以減少在提升過程中的漏失系數(shù)，有效地提高單位時(shí)間內(nèi)的原油產(chǎn)量。節(jié)電，節(jié)能。 5.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 由于應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)抽油機(jī)實(shí)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大幅度降低。功率因數(shù)由0.3～0.5上升到0.9以上。提高了功率因數(shù)，減少了無功損耗。 風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器可根據(jù)油井工況對(duì)沖程頻次和上下沖程的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使油井供排系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，在青海油田30口油井上，由實(shí)驗(yàn)前后的數(shù)據(jù)表明，單井的平均增產(chǎn)20%，單井的平均節(jié)電率為20%左右。 我們分別選前期井、中后期進(jìn)行了變頻改造。 在前期井中，由于井剛開采，儲(chǔ)油量大，為提高功效，我們采用提高抽油機(jī)的沖程頻次的方式，讓變頻器運(yùn)行至65HZ，頻率提高了1/3，相應(yīng)地電機(jī)轉(zhuǎn)速提高了30%，其采油量也相應(yīng)提高，其綜合采油率可比工頻情況下多采油20%，工效提高了1.2倍，很受油田采油工的歡迎。 在中、后期井中，由于井儲(chǔ)量減少，供液不足，電機(jī)若仍工頗運(yùn)行，勢(shì)必浪費(fèi)電能，造成不必要的損耗，因而我們采用調(diào)整抽油機(jī)的沖程頻次和選用上快下慢的開采工藝，一般將變頻器的頻率運(yùn)行至35～45HZ之間，這樣電機(jī)平均轉(zhuǎn)速下降了20%，加之采油設(shè)備一般負(fù)荷較輕，其節(jié)電率可達(dá)25%左右。還有另外在開采稠油井的中后期，因原油黏度上升，經(jīng)常發(fā)生驢頭和光桿“打架”現(xiàn)象，通過調(diào)節(jié)沖程頻次和選用上快下慢的開采工藝，避免了“打架”，延長(zhǎng)了開采時(shí)間，提高了原油產(chǎn)量。 6.應(yīng)用注意事項(xiàng) （1）由于抽油機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，所以設(shè)置合適的轉(zhuǎn)矩提升曲線，不合適轉(zhuǎn)矩提升曲線（電壓不足或過高）都會(huì)使電流增大。 （2）在抽油機(jī)滑塊下降過程中，負(fù)荷減輕，電機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，其再生能量將傳人變頻器，通過逆變回路的續(xù)流二極管整流而變成直流加在主電路上，造成主電路母線電壓升高，頻繁的高壓會(huì)損壞變頻器的主器件，包括電解電容及功率模快，因此需加制動(dòng)回路，讓再生電壓能及時(shí)地釋放掉，保證主回路器件在安全的電壓下工作。再生制動(dòng)電路原理如圖2示 7.結(jié)束語 變頻器具有軟起、停功能，減少了對(duì)抽油機(jī)桿的機(jī)械沖擊，保護(hù)了電機(jī)及機(jī)械設(shè)備，減少維修量，變頻器對(duì)過壓、欠壓、過載、短路及電路失速都能可靠地保護(hù)。 總之，變頻控制技術(shù)在抽油機(jī)上應(yīng)用，對(duì)抽油生產(chǎn)設(shè)備來說是一個(gè)很大進(jìn)步，它從根本上改變了抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性，使抽油機(jī)—抽油桿—抽油泵達(dá)到動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，使有桿抽油系統(tǒng)和油井供液系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)。抽油機(jī)應(yīng)用變頻器，即可以提高工效，增加采油量，又可以節(jié)約電能，保護(hù)電機(jī)及設(shè)備，其應(yīng)用前景是十分廣泛的。在能源日益緊張的今天，相信變頻器在抽油機(jī)這方面可以大有作為的。 參考文獻(xiàn) [1]周佳勝.變頻調(diào)速器在油田設(shè)備上的應(yīng)用.變頻器世界，2003（3） [2]趙來軍，倪振文，職黎光，黎若鵬.游梁式抽油機(jī)的智能化改造.石油機(jī)械，1999，27（4）