抽油机功率随动节能技术应用_李四海.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 5 期 134 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 5 月 抽油机功率随动节能技术应用 抽油机功率随动节能技术应用 李四海（大庆油田有限责任公司第四采油厂，黑龙江 大庆 163511）摘 要：摘 要：针对抽油机功率随动节能技术问题提出并进行研究的，它以前几个冲次内的功率分布为依据对一个冲次内的电机转速和加速度进行调整，达到系统优化的目的。关键词：关键词：抽油机；随动；节能技术；应用实践 1 主要技术原理 1 主要技术原理 该技术的主要原理是通过对速度和加速度的控制实现系统柔性优化运行的效果，通过优化可提高电机效率、减少载荷突变、消除发电区间以及优化杆管泵的运行状态，其主要控制原理包括以下几个部分。1.1 主动柔性运行控制技术 通过采集传感器信号和电机信号，分析悬挂点各位置与发动机负荷的关系，制定改变悬挂点负荷和发动机转速的运行方案。该技术采用主动变速驱动的形式，当负载减少时，可以相应提高行驶速度，主动保持一定的驱动输出，使机械设备吸收和储存一定量。当负载增加时，电机驱动器的输出功率会被主动抑制，并借助机械在制动过程中释放的动能，补充了系统运行所需的驱动力。该技术本身并不会降低周期内的整体功耗，而是充当“负载共享器”。通过控制驱动力的变化幅度和变化率，充分利用机械系统的动能储存功能，发动机和变速器可以保证无负载变化、无齿冲击、无齿隙、确保系统顺利运行。这样可以有效降低自转系统驱动力的分布规律（降低峰值，提高谷值，使推进系统的输出能量平衡）。故此，主动柔性运行控制技术能够降低对驱动装置和传动系统的匹配指标（可以降低一个档次），但却不能影响和改变抽油机的悬点负荷。1.2 功率随动驱动技术 功率随动驱动技术由泵站负荷功率再分配系统和额定功率从动驱动技术两项内容构成。1.2.1 抽油机负荷功率再分布 其运行基本原理是收集传感器数据和电信号加以分析运算,完成旋转装置转速与加速度的重新分配。载荷动力的分布也是主动柔性运行控制的驱动载荷能力的分布原理的特殊作用。转速再控制的原理是在超低负载转速初期提高负荷,在超载初期减少负荷,使电机在整个循环中处于规定范围的负荷速度。较大的负荷转速能够以良好的电机效能,同时能够达到对功率反馈的效果,最大负荷转速控制还能够提高齿轮、皮带、电机和线路的平稳运转。1.2.2 额定功率随动驱动技术 其基本原理是利用电磁技术的方法,控制无法承受的有功功耗,达到低负荷转速下的功能匹配。抽油机配套的每台控制马达都具有自身的技术优势,其有效负荷能力比较局限,在负荷转速低或高时,就容易产生效能降低的现象,而且负荷转速越低,降低负荷将大大降低工作效率和能力。此外还有一些浪涌电流的问题。尽管同步发电机在较大程度上克服了驱动机构本身的这些困难,不过在某些情形下,它会对泵组的空气动力学系统提供一种极为致命的全新冲击:射流泵组在正常工作状态下,增加了峰值负载与可能传动系统之间的动力回馈,也因此增加了负载的抗冲击能力。而且对于驱动齿轮的碰撞以及过程系统的退磁都更加活跃。在高额定功率的驱动技术中引进了电力驱动系统,与电力有机结合后,未来的驱动控制器将不再完全依赖电力本身的特性。将过程控制的模糊驱动技术,和电力无缝结合到了未来的驱动控制器中(不管电力类型怎样,都可以与过程驱动器相匹配)。这种驱动器系统,与对应的系统具有完全不同的低负载技术优势,根源在于该设计驱动器内部的电磁驱动技术能够直接按照驱动器的功率要求向驱动器供给功率,从而大大限制了低效功率，这使得驱动系统的设备非常高效。在发动机负荷范围内，始终能处于最佳效率状态，这本质上对应的是发动机的额定功率随实际负荷浮动。当电机利用率超过 20%时，驱动系统的效率通常至少为 85%。1.3 井下工况与系统自身运行状态识别诊断技术 其运行原理是利用判断曲轴光杆速度与力矩载荷模式的方法,完成了对整个系统工况的辨识工作。在测量准确度基本达到自整定要求的前提下,具备了良好的实用性与工作安全性。填充与吸入的压力差(或提升高度)也可以此为基准确定。而抽油机的工作系统则直接影响并决定了井水动压的稳定性、冲水程度、杆的峰值与疲劳负载,也间接决定了驱动设备的峰值负载与土壤平衡,以及管道与驱动系统的稳定性、液锤和杆和管道之间相关的偏心向下磨损，设备质量损失的严重程度和能源消耗的效果等。此项系统均以设计中合理的浸入度比为基准,实现了上下行程时间比在 0.5-2 范围内的无级控制。适合于对高产品种井施工,保证产品供需平衡:具有保障施工、平稳流压、提升产量的功效，对进液量不足的水井,如自动控制过低,可采用减少流体压力来减少水锤现象的发生。1.4 优化变轨控制技术 优化变轨，是指通过循环系统中的变速驱动，获得所需的悬挂点速度谱带。回路中悬点速度分布规律的变化直接影DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.05.086 李四海：抽油机功率随动节能技术应用 135 响柱塞运动的过程，不仅对泵的泄漏量、活塞每冲程损失有显著影响，而且对阻尼也有显著影响。由于活塞杆和液柱的惯性力发生变化，活塞对活塞的影响很大，对活塞杆力的分布也有很大的影响。该技术主要有以下特点。抑制惯性效应：通过控制活塞启动后的加速过程，有效降低了杆液柱惯性对向上冲程初始阶段杆柱最大载荷的影响。气体影响抑制：通过控制上升行程中的最大活塞速度，可以调节泵缸空间内的相对负压，减少溶解气体溢出状态。下冲偏磨控制：通过控制下冲程中的最大活塞速度和流体流经浮阀产生的扬程差，可以不止一次地减少下冲程中的动态偏磨。泄漏率控制：通过缩短行程开始和结束时的反向过渡时间，减少阀门关闭时的流体泄漏。2 设备组成及基本功能 2 设备组成及基本功能 该技术系统主要由控制柜部分、传感器部分、中央控制等三项要素构成。通过不同系统及各项设备的共同配合与协调，确保了工作系统的安全有效运行，并显现出良好的节能效果，实现了抽油机设备的智能化与科学化发展。2.1 控制柜 控制柜主要包括两项操作系统。其一是工频操作系统：由空气断路器、接触器和自动化保护器等设备构成。其作用主要是用来实现系统在同一网络频段内的正常运行,并同时实现备份的功能。其二是柔性驱动控制系统：是由接触器和柔性的控制驱动器等所组成。其作用主要是用来实现简单灵活的操作,运行时由中央控制器部分下达的优化计算指令,可以进行在不同曲臂夹角下电机转速和输出功率的调节,以及在不同部位下的运动和角加速度的调节。2.2 传感器 该模组中包含了电机主轴角头感应器和曲轴转动角头感应器，以及电机的主轴角位移传感器。其主要检测角位移量、角速度和角加速度的测量;曲臂角感应器主要检测运动曲臂的死角情况。2.3 中央控制部分 中央控制系统主要由硬件系统和软件系统两部分构成。硬件系统主要是指普通的微机控制器。研究和发展领域主要包括了一般的运动过程监控系统(配备主控微机系统)以及用于运行运动过程的嵌入式软件(配备主控微机系统)和用于运行过程的嵌入式软件(配备驱动程序)。该部分主要用来收集传感器信息,并研究系统的机械情况,产生发电机转速变化和根据不同曲柄角度控制功率,优化光杆位置的速度和加速度控制之间的操作，并生成和输出启动命令。3 应用效果 3 应用效果 为评价该技术的效果，录取了两口井在启动时以及正常运行时的功率瞬时数值，做出功率变化曲线如图 14 所示。图 1 X1 井启动段功率谱 图 2 X1 井运行段功率谱 图 1 X1 井启动段功率谱 图 2 X1 井运行段功率谱 图 3 X2 井启动段功率谱 图 4 X2 井运行段有功功率谱 图 3 X2 井启动段功率谱 图 4 X2 井运行段有功功率谱 从启动段功率曲线可以看出，在常规运行状态下，启动初始的 35 秒瞬时功率非常大，最高可达三倍左右，而在优化运行状态下启动功率与正常运行时的功率相差不大，因而可以判断，该技术非常好地实现了软启动功能，为降低装机功率提供了可能。由运行时功率变化曲线可以看出，该技术使功率的变化幅度更小，基本稳定在一个较小的范围内。降低了功率最高值，提高了功率低值，达到削峰填谷的目的，同时消除了发电区间。统计 30 套该设备的安装使用效果，功率因数由 0.4 提高到 0.71。按照平均吨液百米耗电指标计算，优化运行状态下的节电率为 9.24%，具体数据如下表：（下转第 141 页）（下转第 141 页）肖 迪：采油工程的机械设备管理与维护 141 而且提高采油效率。首先，有关工作人员必须确保统一和制度化的管理，确保每个工作人员承担责任，为设备资产管理确定明确的任务和工作目标，并将相关工作的内容纳入考绩制度，以便还需要加强对具体工作流程的标准化管理，确保机械设备在整个操作过程中都能按照严格的规格运行，减少重大安全事故的发生。其次，相关管理人员应根据设备之间的差异性，制定适合不同种类设备的维修养护方案，并在实践中逐步完善，同时还应建立设备维修信息化管理，对设备维修检修过程次数进行分析，通过日常维护降低故障发生的可能性。最后，应对投入使用的采油机械设备，按照所制定的相关责任制度进行工作，将采油机械设备的安全使用管理及检修维修工作落实到人，使其能够严格按照采油机械设备的保养规章进行作业，定期进行采油机械设备的检查工作，如发现具有安全隐患时能够立即采取措施。4.3 强化操作与维修人员专业素养 在对采油工程中机械设备实施管理与维护时，必须保证相关人员专业素养和技能水平的合理性，只有这样才能保证相关人员在短时间内投入采油工程机械设备管理和维护当中，继而提高采油工程中机械设备管理与维护效果2。因此，企业在招聘人员时，应对其进行全面综合考评，确保应试人员不仅要具备较强的专业知识，而且还要具备良好的综合素质和职业素养，只有这样才能让应试人员更好的适应其岗位，进而在工作岗位上恪尽职守，做好设备维护管理工作。除此之外，企业还要定期对相关工作人员进行专业培训，提高相关工作人员的专业技能和素质，让相关工作人员能够熟练地掌握和运用先进技术和设备，同时还要掌握不同设备的维护管理技能，只有这样才能确保不同设备出现故障时都能得到有效解决，以此来提高相关工作人员的设备维护管理水平，促使石油企业得到更好、更快的发展。5 结 论 5 结 论 综上所述，在采油工程作业中，设备是最关键的生产资源，其管理效果会对采油作业效率、油田产量带来很大影响。而在当前的采油工程的设备管理与维护中依旧存在一些不足，在这种情况下，为了更好地促进采油作业生产量提升，同时也为了促进采油作业的现代化推进，相关企业应做好设备管理与维护工作，从而能有效地发挥采油机械设备的作用，提高生产力。参考文献 参考文献 1 杨春光.采油工程中的机械设备管理与维护J.化学工程与装备,2022(08):155-156+154.2 肖鹏.采油工程中的机械设备管理与维护J.化学工程与装备,2021(10):90-91.3 魏琼.采油工程中机械设备的管理与维护探讨J.化学工程与装备,2019(09):128+131.4 张楠.采油工程中机械设备的管理与维护分析J.中国设备工程,2021(12):245-246.（上接第 135 页）_（上接第 135 页）_ 功率随动数控装置应用效果表 功率随动数控装置应用效果表 措施前 措施后 名称 百米吨液耗电(kWh/t100m)功率因数 百米吨液耗电(kWh/t100m)功率因数 节电率(%)功率随动数控装置 1.19 0.4 1.08 0.71 9.24 4 结 论 4 结 论（1）装置安装后，呈现出良好的节能效果，平均有功节能率为 9.24%，功率因数增加到 0.71。（2）无反向阻力，扭矩峰值大大降低。（3）还可识别充满程度与吸入口压力，用于实现采供平衡。（4）由于野外工作环境比较恶劣，后期电机位置传感器、曲柄轴位置传感器以及控制柜内电子器件故障概率会比较高。参考文献 参考文献 1 董飞飞.抽油机节能技术在河南油田第一采油厂中的应用J.化工管理,2015(08).2 丁洁,朱行伍,严杰.三功率异步电机在抽油机中的节能应用J.电机技术,2012(06).3 李佳,吕大伟.浅谈变频器的应用J.科技资讯,2012(36).4 刘国琴,葛利俊,冯志忠,等.高超高转差率电动机J.石油科技论坛,2012(05).