一,、 前言
我國的油田絕大部分為低能,、低產(chǎn)油田,,不像國外的油田有很強(qiáng)的自噴能力,,大部分油田要靠注水來壓油入井,靠抽油機(jī)(磕頭機(jī))把油從地層中提升上來,。以水換油,、以電換油是目前我國油田的現(xiàn)實(shí),電費(fèi)在我國的石油開采成本中占了相當(dāng)大的比例,,所以,,石油行業(yè)十分重視節(jié)約電能、增產(chǎn),、減少設(shè)備維護(hù)等,。
目前據(jù)統(tǒng)計(jì)我國抽油機(jī)的保有量在10萬臺以上,,電動機(jī)裝機(jī)總?cè)萘吭?500MW,年耗電逾百億KW·h,。抽油機(jī)的運(yùn)行效率特別低,,在我國平均運(yùn)行效率為 25.96%,國外平均水平為30.05%,,年節(jié)能潛力可達(dá)幾十億KW·h,。除了抽油機(jī)之外,油田還有大量的注水泵,、輸油泵,、潛油泵等設(shè)備,總耗電量超過油田總用電量的80%,,,。可見,,石油行業(yè)也是推廣“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能”的重點(diǎn)行業(yè),。
抽油機(jī)節(jié)能,其首選方案是采用變頻器對其電機(jī)拖動系統(tǒng)進(jìn)行改造,,抽油機(jī)改用變頻器拖動后有以下幾個(gè)好處:
1)大大提高了功率因數(shù)(提高到0.9以上),,大大減小了供電(視在)電流,從而減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān),,降低了線損,,可省去大量的“增容”開支;
2)可根據(jù)油井的實(shí)際供液能力,動態(tài)調(diào)整抽取速度,,一方面達(dá)到節(jié)能目的,,同時(shí)還可以增加原油產(chǎn)量;
3)由于實(shí)現(xiàn)了真正的“軟起動”,對電動機(jī),、變速箱,、抽油機(jī)都避免了過大的機(jī)械沖擊,大大延長了設(shè)備的使用壽命,,減少了停產(chǎn)時(shí)間,,提高了生產(chǎn)效率。
但是,,變頻器用于抽油機(jī)電機(jī)時(shí),,也有幾個(gè)問題需要解決。
?。?) 沖擊電流問題
如圖1所示,,游梁式抽油機(jī)是一種變形的四連桿機(jī)構(gòu),其整機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)像一架天平,一端是抽油載荷,,另一端是平衡配重載荷,。對于支架來說,如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致,,那么用很小的動力就可以使抽油機(jī)連續(xù)不間斷地工作,。也就是說抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)取決于平衡的好壞,。在平衡率為100%時(shí)電動機(jī)提供的動力僅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等,,平衡率越低,則需要電動機(jī)提供的動力越大,。因?yàn)?,抽油載荷是每時(shí)每刻都在變化的,而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化,,才使得游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)變得十分復(fù)雜,。因此,可以說游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)就是平衡技術(shù)
?。?)電磁干擾(EMI)問題,,即變頻器對微電腦控制器,傳感(變送)器及通信設(shè)備的干擾問題,。因?yàn)樽冾l器是一個(gè)很強(qiáng)的電磁干擾源,,變頻器中的開關(guān)器件,以及產(chǎn)生的SPWM電壓波形,,會對控制及通信系統(tǒng)造成很大的干擾,。干擾的途徑,除了感應(yīng),,輻射之外,,也包括傳導(dǎo)干擾。
?。?)諧波干擾問題,,變頻器對輸入側(cè)產(chǎn)生諧波對變頻器而言只要有整流回路就將產(chǎn)生非線性引起的諧波,按傅氏級數(shù)可分解基波和各次諧波,,通常含有 6m+1(m=1,,2,3,,……,。)次。在變頻器逆變輸出回路中輸出電壓輸出電流均有諧波,。由于變頻器是通過CPU產(chǎn)生6組脈寬可調(diào)的SPWM波控制三相 6組功率元件導(dǎo)通/關(guān)斷,,從而形成電壓、頻率可調(diào)三相輸出電壓。其輸出電壓和輸出電流是由SPWM波和三角波的交點(diǎn)產(chǎn)生的,,不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波用傅氏級數(shù)分解電壓方波和電流正弦鋸齒波可分析出包含較強(qiáng)的高次諧波成分,。
因此變頻器的諧波產(chǎn)生危害不可忽視對容量大的電力系統(tǒng)影響不是十分明顯,但對于電力系統(tǒng)容量小的系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生不可忽視,。它對公用電網(wǎng)是一種污染,,使電設(shè)備所處的環(huán)境惡化,給周圍的通信系統(tǒng)和公用網(wǎng)以外的設(shè)備帶來危害,。主要表現(xiàn)在一下幾點(diǎn):1,、諧波使電網(wǎng)中電器元件產(chǎn)生附件的諧波損耗,降低輸變電及用電設(shè)備的效率,。2,、諧波會引起電網(wǎng)中局部串聯(lián)或并聯(lián)諧振,3,、電流諧波將增加變壓器銅損,。4、諧波引起電動機(jī)附加發(fā)熱,,導(dǎo)致電動機(jī)額外溫升并影響電機(jī)絕緣,。
(4)可靠性和環(huán)境適應(yīng)性問題
由于抽油機(jī)都在環(huán)境惡劣的野外工作,,并且很多油井是無人值守的,,所以,對變頻器的可靠性和環(huán)境適應(yīng)能力提出了很高的要求:既要選用可靠性指標(biāo)高的變頻器品牌,,又要給變頻器在野外惡劣環(huán)境下工作創(chuàng)造必要的條件,,如設(shè)計(jì)防護(hù)等級高的雙層密閉隔墊(保溫)控制柜,對晝夜溫差大的地區(qū),,柜內(nèi)設(shè)計(jì)強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng),,可以將柜內(nèi)的熱量排出,并在柜底設(shè)計(jì)有冷空氣入口,,使之適合在夏季沙漠高溫環(huán)境中使用,。并使控制柜避免陽光直接照射及雨淋。
二,、PL-ZNCY系列變頻監(jiān)測控制系統(tǒng)
PL-ZNCY系列變頻監(jiān)測控制系統(tǒng)是保利深遠(yuǎn)(北京)新能源科技有限公司依靠自身研發(fā),,技術(shù)力量為打造人性化,智能化,,數(shù)字化油田而設(shè)計(jì)的高科技變頻監(jiān)測控制系統(tǒng),。本公司以綠色能源科技產(chǎn)品和工業(yè)自動化控制產(chǎn)品為核心的高科技產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì),、生產(chǎn)及服務(wù)為一體,,產(chǎn)品包括高性能矢量型變頻器,、工業(yè)自動化控制系統(tǒng),抽油機(jī)(螺桿泵)變頻智能監(jiān)測控制柜,、太陽能,、風(fēng)能及互補(bǔ)系統(tǒng)、便攜式電源,、野外照明系統(tǒng)等,。公司秉承:“為社會創(chuàng)造效益,為用戶創(chuàng)造價(jià)值,,為員工創(chuàng)造機(jī)會”的企業(yè)文化和“誠信務(wù)實(shí),,專業(yè)服務(wù)”的企業(yè)精神,以“創(chuàng)新,,設(shè)計(jì),,開發(fā)”為理念吸納了大批專業(yè)人才的加盟,。雄厚的技術(shù)力量,,專業(yè)的方案設(shè)計(jì),先進(jìn)的檢測設(shè)備,,快捷的信息交流,,現(xiàn)代化的管理體制,使公司迅速成為研究開發(fā),、生產(chǎn)制造,、市場營銷、工程設(shè)計(jì),、安裝施工和售后維護(hù)服務(wù)于一體的高新技術(shù)企業(yè),。
PL-ZNCY系列變頻監(jiān)測控制系統(tǒng)代表著當(dāng)今抽油機(jī)節(jié)能控制技術(shù)的一項(xiàng)革命性突破。盡量使抽油機(jī)的工作方式與油井的實(shí)際負(fù)荷及環(huán)境條件相匹配,,提高抽油機(jī)的充滿度,,從而提高電動機(jī)的效率與功率因數(shù),達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)的目的,。
1,、PL-ZNCY系列抽油機(jī)變頻監(jiān)視控制系統(tǒng)是綜合國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù),針對抽油機(jī)的特殊負(fù)載情況專門設(shè)計(jì)的具有變頻控制,,遠(yuǎn)程監(jiān)視等高科技產(chǎn)品,。
該系統(tǒng)保留了游梁式抽油機(jī)諸多優(yōu)點(diǎn),結(jié)合先進(jìn)的采油工藝,,綜合計(jì)算機(jī)技術(shù),、自動控制技術(shù)、電力電子等技術(shù)實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的智能控制:抽油機(jī)沖次和上下沖程速比無級調(diào)節(jié),,優(yōu)化抽汲參數(shù),,達(dá)到增產(chǎn)、節(jié)能、自控的目標(biāo),,最終提高抽油系統(tǒng)的系統(tǒng)效率,。系統(tǒng)的人機(jī)接口界面設(shè)計(jì)極其簡單,為現(xiàn)場人員的使用及維護(hù)帶來極大方便,。特別適用工作環(huán)境特別惡劣的油井,,需要間歇工作的油井,經(jīng)常斷桿的油井,,經(jīng)常結(jié)臘的油井,,經(jīng)常改變井況的油井。
1.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理:
該系統(tǒng)使用的關(guān)鍵設(shè)備變頻器符合歐洲CE低壓電器標(biāo)準(zhǔn),,符合國際UL508C電力轉(zhuǎn)換設(shè)備標(biāo)準(zhǔn),,以及符合國際EN50081/2電磁兼容性EMC標(biāo)準(zhǔn),
且有為抽油機(jī)專門設(shè)計(jì)的功能,,內(nèi)含直流電抗器,,輸入電抗器,輸出電抗器,,減少了對電網(wǎng)的諧波干擾,,提高了電網(wǎng)質(zhì)量;諧波符合國際標(biāo)準(zhǔn) IEC61000-2-2各次諧波電壓含有的THDV低于8%,,內(nèi)含RFI無線電射頻干擾濾波器,,極大改進(jìn)了抗干擾和抗雷擊功能;內(nèi)含制動單元,,能夠有效地釋放制動能量,,形成集成控制,適應(yīng)抽油機(jī)的特殊應(yīng)用,。抽油機(jī)變頻監(jiān)測控制系統(tǒng)是以“以人為本”設(shè)計(jì)理念使產(chǎn)品更具人性化,。能進(jìn)行遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)視。根據(jù)各種功能模塊和相應(yīng)的傳感器的檢測,,將油井實(shí)測的相關(guān)數(shù)據(jù),、參數(shù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)控中心進(jìn)行運(yùn)算比對,并通過矢量變頻調(diào)速技術(shù)對抽油機(jī)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測控制,,以達(dá)到高效節(jié)能的自動化,、數(shù)字化的控制目的。人性化的設(shè)計(jì)能進(jìn)行通過HMI(人機(jī)交換界面)完成遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定,、 運(yùn)行數(shù)據(jù),、狀態(tài)顯示、功圖,、日產(chǎn)油量等參數(shù),。
1.2. 變頻器單元作為變頻調(diào)速技術(shù)的實(shí)施單元,,是整個(gè)系統(tǒng)最重要的器件之一,本系統(tǒng)配置的是保利深遠(yuǎn)(北京)新能源科技有限公司生產(chǎn)的矢量型PL-900系列高性能變頻器,。PL-900系列高性能變頻器是沿續(xù)通用變頻器,,在 V/F 控制上標(biāo)準(zhǔn)裝備了矢量控制??蓪?shí)時(shí)檢測電機(jī)功率及輸出轉(zhuǎn)矩,。變頻器額定電壓380-440V,額定功率范圍5.5-75KW,,過載能力為:200%*60 秒,。
開關(guān)環(huán)磁通矢量控制及開,閉環(huán)V/F控制可自由選擇,。
適合機(jī)械特性負(fù)載,,針對流體負(fù)載和實(shí)際工況可酌情降檔使用。
超低速高啟動轉(zhuǎn)矩,,低速轉(zhuǎn)矩可達(dá)150%額定轉(zhuǎn)矩(100~300可設(shè)定),。
速度控制范圍可達(dá)1:1000(在閉環(huán)控制模式下)。
速度控制精度可達(dá) 0.02%,,頻率精度可達(dá) 0.01%,,輸出頻率分辨率可達(dá)0.01HZ,。
加速時(shí)間可設(shè)定0.01秒,,動態(tài)響應(yīng)良好,負(fù)載適應(yīng)性極強(qiáng),。
具有滑差補(bǔ)償,,轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,速度控制(ASR),,鍵盤數(shù)據(jù)復(fù)制,,自學(xué)習(xí)。
PID調(diào)節(jié),,計(jì)時(shí),,節(jié)能,追逐防止等多種高級功能,。
具有多功能輸入,,輸出端子功能,多功能模擬輸入,,輸出功能及串行通信接口,。
具有7種參數(shù)的在線監(jiān)視功能。
具有電機(jī)保護(hù),,瞬時(shí)停電處理及失速防止,,頻率檢出,,異常復(fù)位,過力矩輸出,,力矩極限,,硬件保護(hù)功能及診斷功能,將避免機(jī)器可能發(fā)生的意外損壞,。
獨(dú)特,,先進(jìn)的主回路設(shè)計(jì)及報(bào)警功能,將完全保證整體的高可靠性,。
具有中,、英、德等七種語言顯示,,界面友好,。
1.3:電動機(jī)監(jiān)控單元是我公司針對油田電機(jī)而專門開發(fā)的電動機(jī)監(jiān)控單元用戶可以監(jiān)控線電壓,相電壓,,有功功率,,功率因數(shù),電流等電參量,。對電動機(jī)有啟動堵轉(zhuǎn),、過載、欠壓,、過壓,、缺相、短路,、欠載報(bào)警保護(hù)功能
1.4:無線載荷位移模塊用于采集示功圖,,位移,沖程,,太陽能供電鋰電池,。頻率426-441MHZ,低功率發(fā)射,,高靈敏接受,,抗干擾能力強(qiáng),符合歐洲ETSI(EN300-220-1和EN301-439)及(15.247和15.249)認(rèn)證規(guī)格,。對油井的油壓,,油溫進(jìn)行無線傳輸,對油井的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測,。
1.5 溫控單元 抽油機(jī)控制柜中的電器組件對溫度都有嚴(yán)格要求,,因此必須檢測和控制控制柜內(nèi)溫度。本單元主要器件包括溫控儀,、風(fēng)扇,,溫度傳感器和加熱系統(tǒng)等,。適應(yīng)范圍廣 -40℃-75℃ 特別適用于沙漠高溫及北部寒冷地區(qū)。
1.6 戶外標(biāo)準(zhǔn)柜體,,專利設(shè)計(jì),,雙層保溫設(shè)計(jì), 防風(fēng)沙 ,,防護(hù)等級高,。
2、產(chǎn)品特性:
針對國內(nèi)各大油田的實(shí)際狀況本產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上處于領(lǐng)先地位的人性化設(shè)計(jì)具有工頻和變頻,,手動和自動,,遠(yuǎn)程和就地等多種工作模式的選擇。遠(yuǎn)程給定頻率調(diào)節(jié)沖次,,極大的減少油田工人勞動強(qiáng)度,,
本設(shè)計(jì)在國內(nèi)大慶油田、吉林油田,、克拉瑪依油田已得到廣泛應(yīng)用節(jié)電效果明顯操作簡單等受到一致好評,。
三、應(yīng)用分析 節(jié)電分析 抽油機(jī)智能變頻監(jiān)測控制柜對比測試數(shù)據(jù)表
項(xiàng)目單位原態(tài)節(jié)態(tài)
井號N3-2-B130N3-2-B130
抽油機(jī)型號CYJ10-3-37HBCYJ10-3-37HB
額定功率KW 3737
有功功率KW 5.134.09
無功功率 KVAR25.38 3.97
負(fù)功電量KWH0.0100.000
功率因數(shù)COS¢0.1720.893
累計(jì)時(shí)間S600600
頻率HZ5045
沖次N/MIN5.04.3
沖程M3.03.0
產(chǎn)液量T/D8.58.4
動液面深度M840.7836.3
泵深M845.71845.71
有功單耗KWH/T100M1.681.40
無功單耗KVARH/T100M8.338.33
有功節(jié)電率%17.09
無功節(jié)電率%83.73
綜合節(jié)電率%25.70
功圖分析 :
四,、結(jié)論
1,、從節(jié)約人的勞動強(qiáng)度方面由于變頻器的使用可在一定范圍內(nèi)對原有抽油機(jī)進(jìn)行無級調(diào)速。解決了人工通過調(diào)節(jié)電機(jī)皮帶輪進(jìn)行沖次的調(diào)整從而減輕了工人的勞動強(qiáng)度,。
2,、由于智能控制系統(tǒng)中電機(jī)軟啟動功能的使用,減少了對地面機(jī)械采油設(shè)備的機(jī)械沖擊,。延長了機(jī)械設(shè)備的使用壽命,,降低了采油成本。
3,、由于智能自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的使用。在國內(nèi)首次完成了油田采出井的地下到地面的系統(tǒng)變化控制,,使整個(gè)采出井開采系統(tǒng)效率有了極大的提高,。
4、該技術(shù)整合了無線通信,、智能等多學(xué)科的新成果,,打造數(shù)字化油田,遠(yuǎn)程監(jiān)測抽油機(jī)運(yùn)行電參數(shù),。功率圖 ,,電流圖,示功圖,,油溫,,油壓等,。實(shí)時(shí)掌握抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。
5,、實(shí)驗(yàn)認(rèn)為,,該技術(shù)對低滲透油田提高系統(tǒng)效率,延長檢泵周期,,節(jié)約電能和降低工人勞動強(qiáng)度都將起到很好作用,。