油田抽油机案例

油田抽油机案例

-1-海利普变频器在油田抽油机上的应用进入21世纪,变频调速技术得益于其优异的节能特性和调速特性,在我国油田中得到广泛应用,中国产值能耗是世界上最高的国家之一。

要解决产品能耗问题,除其它相关的技术问题需要改进外,变频调速技术已成为节能及提高产品质量的有效措施。

油田作为一个特殊行业,有其独特的背景,油田中变频器的应用主要集中在游梁式抽油机把握、电潜泵把握、注水井把握和油气集输把握等几个场合。

游梁式抽油机俗称“磕头机”,是目前各个油田所普遍承受的抽油机,但是目前的抽油机系统普遍存在着效率低、能耗大、冲程和冲次调整不便利等明显的缺点。

一、磕头机的工作原理:图1磕头机如图1游梁式抽油机实物图所示,当磕头机工作时,驴头悬点上作用的载荷是变化的。

上冲程时,驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱,在抽油机未进展平衡的条件下,电动机就要付出很大的能量。

在下冲程时,抽油机杆柱转而对电动机做功,使电动机处于发电机的运行状态。

抽油机未进展平衡时,上、下冲程的载荷极度不匀称,这样将严峻地影响抽油机的四连杆机构、减速箱和电动机的效率和寿命,恶化抽油杆的工作条件,增加它的断裂次数。

为了消退这些缺点,一般在抽油机的游梁尾部或曲柄上或两处都加上了平衡重,如图1所示。

这样一来,在悬点下冲程时,要把平衡重从低处抬到高处,增加平衡重的位能。

为了抬高平衡配重,除了依靠抽油杆柱下落所释放的位能外,还要电动机付出局部能量。

在上冲程时,平衡重由高处下落,把下冲程时储存的位能释放出来,关心电动机提升抽油杆和液柱,削减了电动机在上冲程时所需给出的能量。

目前使用较多的游梁式抽油机,都承受了加平衡配重的工作方式,因此在抽油机的一个工作循环中,有两个电动机运行状态和两个发电机运行状态。

当平衡配重调整较好时,其发电机运行状态的时间和产生的能量都较小。

二、变频器在抽油机的应用把握问题:我国大局部油田承受的抽油设备中,以游梁式抽油机最为普遍,数量也最多。

但是游梁式抽油机运行效率非常低,电能铺张大。

因此,抽油机节能潜力非常巨大。

变频器在抽油机的把握问题主要表达在如下几个方面:再生能量的处理问题,游梁式抽油机运动为反复上下提升,一个冲程提升一次,其动力来自电动机带动的两个重量相当大的钢质滑块,当滑块提升时,类似杠杆作用,将采油机杆送入井中;滑块下降时,将采油杆提出带油至井口,由于电动机转速确定,滑块下降过程中,负荷减轻,电动机拖动产生的能量无法被负载吸引,势必会查找能量消耗的渠道,导致电动机进入再生发电状态,将多余能量反响到电网,引起主回路母线电压上升,势必会对整个电网产生冲击,导致电网供电质量下降,功率因数降低的危险;频繁的高压冲击会损坏电动机,造成生产效率降低、维护量加大,极不利于抽油设备的节能降耗,给企业造成较大经济损失冲击电流问题如图1所示游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构,其整机构造特点像一架天平,一端是抽油载荷,另一端是平衡配重载荷。

对于支架来说,假设抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化全都,那么用很小的动力就可以使抽油机连续不连续地工作。

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%时电动机供应的动力仅用于提起12液柱重量和抑制摩擦力等,平衡率越低,则需要电动机供应的动力越大。

由于,抽油载荷是每时每刻都在变化的,而平衡配重不行能和抽油载荷作完全全都的变化,从而造成过大的冲击电流,冲击电流不仅无谓铺张掉大量的电能,而且严峻威逼到设备的平安,同时也给变频器调速把握带来很大的困难: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爱护动作而不能正常工作。

除上述两方面问题外,油田采油的特殊地理环境准备了采油设备有其独特的运行特点:在油井开采前期储油量大,供液足,为提高成效可承受工频运行,保证较高产油量;在中后期,由于石油储量削减,易造成供液缺乏,电动机假设仍工-1-频运行,势必铺张电能,造成不必要损耗,这时须考虑实际工作状况,适当降低电动机转速,削减冲程,有效提高充盈率。

游梁式抽油机在使用海利普变频器后主要有以下3个方面的优点:提高功率因数:大大提高了功率因数〔~〕,大大减小了供电〔视在〕电流,从而减轻了电网及变压器的负担,降低了线损,可省去大量的“增容”开支。

这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合,为避开电网质量的下降,需引入变频把握,其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。

节能:这点较普遍,一方面,油田抽油机为抑制大的起动转矩,承受的电动机远远大于实际所需功率,工作时电动机利用率一般为20%~30%,最高不会超过50%,电动机常处于轻载状态,造成资源铺张。

另一方面,抽油机工作状况的连续变化,取决于地底下的状态,假设始终处于工频运行,也会造成电能铺张。

对机械设备的爱护:由于实现了真正的“软起动”,对电动机、变速箱、抽油机都避开了过大的机械冲击,大大延长了设备的使用寿命,削减了停产时间,提高了生产效率三、海利普变频器在抽油机上的应用方案介绍:海利普变频器的性能介绍:有响应速度快、转矩特性好和抗干扰力气强等特点;承受连续的位相把握,实现无冲击的换向过程;连续的直流制动。

保证任何位置时都能平稳停机而不滑动;可以实现初始电压任意调整并从停顿位置平稳启动;自动节能,依据负载的变化自动调整输出电压,以到达最大限度的节能效果。

把握方法及思想:通过7-200的模块接收抽油机每个周期抽取的油量信号,依据每个周期抽取的油量大小〔可安装流量计〕,来调整变频器的运行频率。

当每个周期的抽油量小于预定抽油量时,依据比例关系降低变频器的运行频率,保证没有周期的抽油量稳定在预定目标值左右,节省电能。

频率的转变量=运行频率*〔1-周期抽油量预定抽油量〕-1-0121130%~140%122120%~140%123130%~140%1350~10加速中失速防止准位恒速中失速防止准位减速中失速防止准位转差补偿海利普变频器的根本参数设定:参数号设定值说明0000~50运行频率00250电机基频00310~~10中间频率0055~10最低电压012依据实际状况设定加速时间013依据实际状况设定减速时间0332运行指令来源0340运行频率来源0430~5%转矩提升把握原理图如下所示:〔1〕变频器加制动单元把握,如图2所示:图2变频器加制动单元在变频器主回路直流母线两端加制动单元和制动电阻,由于抽油机在下降-1-段电机处在发电状态,将多余能量反响到变频器,引起主变频器主回路直流母线电压上升,而电能没有流回电网的通路,必需用电阻来就地消耗,这就是我们在变频器上必需使用制动单元和制动电阻的缘由。

〔2〕变频器加能量回馈单元把握,如图3所示:图3变频器加能量回馈单元由于制动电阻的散热比较难解决,而且接通制动电阻的开关管的寿命会在频繁的长时间的开起过程中缩短。

钟对上述状况,为了回馈再生能量,提高效率,可以承受能量回馈装置,将再生能量回馈电网,到达节能的目的。

四能量回馈单元简介所谓能量回馈装置,其实就是一台有源逆变器。

承受的功率开关器件变器逆变将变频器直流回路的电压反响到电网。

〔1〕能量回馈单元原理图,如图4:-1-图4能量回馈单元主回路原理三电平电路,每一相桥臂4个开关元件有三种正常的开关模式。

以相为例:1和2导通时,相输出+02;2和3导通时,相输出零电平;3和4导通时,相输出-02。

假设用、、分别表示各桥臂的开关状态,每一桥臂都有三种开关状态,如下表所列:〔2〕能量回馈单元的规律把握图能源回馈单元的把握方块图如图6所示:图5系统把握方块图整个装置的把握系统是电压外环与电流内环的双闭环把握把握。

在图5中,1-系统母线给定值,2-电压调整器,3-电流调整器,4-信号生成局部,5-主功率器件电路,6-均流与环流抑制电路,7-沟通电网,8-相电流检测电路,9-相电压检测、同步信号生成及母线电压采集电路。

首先装置的把握系统实时检测-1-系统母线,当高于某一设定值时,系统投入工作,母线检测值与母线设定值做差,其值输入电压调整器经过确定把握运算,完成电压外环的把握功能,电压调整器的输出便是电压外环的输出信号,同时也是电流内环的给定信号,其值与系统检测到的实时电流做差,再经过电流调整器的把握运算,完成电流内环的把握功能。

此方块的输出直接送给信号生成局部,其生成的波送给主功率器件电路,最终多个主功率器件单元电路并联,经过均流与环流抑制电路直接连到沟通电网上。

整个大电流再生能源回馈装置把握系统就是这样电压外环与电流内环相互作用的双闭环把握系统。

〔3〕使用能量会快单元的优点:回馈效率高达97%,热损小,仅为能耗制动的1%左右;功率因数高,约等于1;高次谐波电流小,对电网的污染较小;易于把握电源侧的谐波重量和无功重量;具有较好的节能效果。

五、总结海利普变频器应用于油田抽油机,实现软起动,软停车和调速运行过程把握。

具有起动