游梁式抽油机节能技术在河南油田的应用分析

目前应用于油田游梁式抽油机的节能技术有：游梁曲柄复合平衡改造、超越离合器动态平衡技术、游梁式抽油机二次减速、永磁同步电机技术、变频调速技术、配备低速电动机等。经对各方法在应用现场的适用性研究分析后认为,针对不同工况的游梁式抽油机都有较好的方法与之相适用。对一些系统效率较低的油井,运用游梁式抽油机的节能技术是降低采油成本、提高油田开发效益的一条重要途径。     

自平衡智能抽油机的研发及应用

针对游梁式抽油机不能随油井工况自动调整平衡度和冲次,且调整不方便,造成油田设备日常管理难度较大,不利于节能工作开展的现象,研发了一种自平衡智能抽油机。该抽油机在常规机的基础上设计了一套平衡调节装置和特制悬绳器,嵌入了传感器,配套了具有特殊功能的智能控制柜,具有油井功图和电参数的采集和传输,以及根据油井工况变化自动调抽油机平衡度和冲次的功能。现场应用结果表明,该自平衡智能抽油机具有装机功率低、自动化程度高、调参方便可靠的优点,自动优化模式与工频运行模式相比,平均吨液百米耗电量由1.559 kW·h下降到1.250 kW·h,降低19.7%;平均系统效率由18.07%提高到22.54%。     

常规弯梁变矩抽油机数字化改造技术与应用

为使在用常规弯梁变矩游梁式抽油机满足油田数字化管理的需要,设计了摆动式游梁平衡调节装置及配套设施,配备了数字化智能控制系统。在不改变原机型的情况下,利用数字化抽油机技术在井场将6型常规弯梁变矩抽油机一次性改造成为数字化抽油机,能够根据油井负荷自动或手动调节抽油机的平衡状态,根据油井产液量自动调节抽油机的工作冲次,并适时传递油井参数,实现远程智能控制。可满足油田数字化管理和控制的要求。     

抽油机变频控制技术

变频控制技术在抽油机上应用,能使抽油机－ 抽油杆－ 抽油泵达到动态协调,使有杆抽油系统和油井供液系统达到动态协调。当前抽油机变频控制技术主要有数控抽油机和智能抽油机。这两种抽油机从工作原理、结构特点、性能指标、运动规律等几方面均不相同,分别代表了变频控制技术在抽油生产设备中两种不同类型的应用。数控抽油机是彻底抛弃了游梁抽油机,从变频控制系统、传动系统到机械结构等方面重新设计、制造;智能抽油机是在继承了游梁抽油机诸多优点的基础上,应用变频控制技术控制游梁抽油机。由于受诸多因素影响,变频控制技术在抽油生产设备上尚未获得较大规模推广。     

常规游梁式抽油机节能改造技术探讨

在新疆油田节能降耗、挖潜增效的工作背景下,对常规游梁式抽油机进行了理论研究,对游梁式抽油机的能耗、节能机理进行了分析,设计了3种抽油机改造方案,可根据抽油机型号、油井工况、用户要求选取相应的改造方案进行常规抽油机节能改造。改造后的常规抽油机具有平衡率高、节电率高、安全可靠性高、操作简单便捷等优点。     

各型抽油机在青海油田的应用分析

根据青海油田近20多a来购置、改造和使用的30余种各型抽油机,结合油田实际应用状况,分析比较了常规型游梁式、机械式节能型和智能变频控制柜节能型等3大类抽油机在青海油田的应用及节能情况,认为智能变频控制柜节能型抽油机应是今后油田推广和应用的方向。     

曳引式抽油机运行曲线的优化设计

针对传统游梁式抽油机存在转换效率低和系统稳定性差的问题,设计了曳引式抽油机。该抽油机采用低速大转矩稀土永磁同步电动机,克服了传统电动机无法直接满足负载的低速大转矩要求的不足,取消了机械减速器,采用先进的变频控制技术供电,能更直接地控制抽油机的运行曲线。根据曳引式抽油机速度和位移关于时间的曲线函数以及时间定义域的优化推导结果,再结合华北油田采油厂的实际应用情况可知,曳引式抽油机按照优化设计之后的速度-时间曲线运行具有最佳的节能效果,并可根据实际油井的工况来改变运行速度曲线,从而收到增产降耗的良好效果。     

游梁式抽油机多模式控制系统设计与开发

为应对抽油机生产过程中复杂多变的工况,设计开发了游梁式抽油机多模式控制系统。该系统通过获取抽油机的电参数与位置信息,利用变频技术实现抽油机的恒速、上快下慢、上慢下快和功率随动等多种运行模式。结合开发的上位机软件能够实现抽油机状态信息的实时显示与存储。现场试验结果表明:多模式控制系统能够有效消除抽油机启动过程中带来的电流冲击,试验中的一口井在功率随动模式下运行,综合节电率达到10.4%。通过变更油井运行模式,多模式控制系统能够实现抽油机在多种复杂工况下高效、稳定、经济运行,具有较高的应用价值。     

CYJ2—1.6—3HY型游梁平衡抽油机性能测试

根据新疆油田低效油区油井的开采情况,开发了国内最小的CYJ2—1.6—3HY型游梁平衡抽油机。根据相关标准要求,对该型抽油机进行了整机性能测试。结果表明,该型抽油机的各项性能指标均符合SY/T5044—2003《游梁式抽油机》及SY/T5212—1997《游梁式抽油机质量分等》标准之要求。现场应用证明,该型抽油机具有结构紧凑、可靠性高、能耗低、操作维护方便等优点,是一种能够满足特殊工况要求的小型抽油机。     

游梁式抽油机“一拖多”转子变频调速技术的试验应用

游梁式抽油机作为主要的采油设备在各大油田广泛使用,随着油田开发的不断深入,油井产量降低、含水上升,机采设备能耗上升。另外,游梁式抽油机生产参数调整困难,无法实现油井生产的供排协调,导致抽油泵效及机采系统效率总体偏低。长庆油田采用游梁式抽油机与"一拖多"转子变频调速技术相结合的措施,在36个井组200余口油井上进行了试验应用,降低了采油系统能耗,提高了机采系统效率。     

井况自适应抽油机的研制

为了满足油田高效低耗采油的需要 ,研制了JZC系列井况自适应抽油机。这种新型智能抽油机采用先进的开关磁阻电动机调速技术和微机控制技术 ,可以根据井况实现冲次的自动调节。介绍了抽油机的机械结构、智能控制原理及其运动规律。现场试验证明 ,这种抽油机运行可靠 ,平衡精确 ,冲程损失小 ,示功图平稳 ,接近于理想状态 ;能够在一定范围内自动调节冲次以适应井况的变化。试验数据表明 ,这种抽油机系统效率可达到 4 8 0 % ,与试验油井原用游梁式抽油机相比实际节能 4 4 4 6% ,增产效果明显。     

以蓄能器平衡载荷的变频液压闭式节能抽油机

针对现有多种节能型液压抽油机均存在装机功率大、能耗高、自适应能力差等缺点,提出了一种以蓄能器平衡载荷的变频液压闭式节能抽油机。新型机具有4个技术特点: (1) 由于活塞柱塞式液压缸的特殊结构和液压蓄能器的配合使用, 在平衡抽油机大部分载荷时, 不需另外增加配重, 可减小抽油机体积、质量和占地面积; (2) 抽油机下冲程时, 与活塞柱塞式液压缸相连接的蓄能器吸收能量, 上冲程时储存在蓄能器中的能量补充载荷上行所需的能量, 大幅度降低抽油机装机功率; (3) 利用变频容积调速节能效率高, 闭式油路节省液压油, 同时大大减小液压泵站的体积; (4) 在闭式油路中采用双向液压锁可使抽油机的启停更加平稳、迅速, 其工作的稳定性和安全性更好。     

ZXCY系列直线电动机抽油机工业性试验

为攻克直线电机大推力难题,研制出ZXCY系列直线电机抽油机,其显著特点是,通过变频和控制后,能够直接将电能转变为直线往复运动,简化了能量传递过程,与游梁式抽油机相比,其能量传递效率提高约23%.直线电机抽油机能够实现抽汲参数的无级调整,可以最大限度地满足油井生产对抽油机的各种运行控制要求.在华北油田、江汉油田、塔里木油田及大港油田共进行了6口井的现场试验,开采效果表明,采用ZXCY系列直线电机抽油机后,油井平均日产液量、单井系统效率、输入功率、综合节电率等均比换抽前有显著改善.ZXCY系列直线电机抽油机技术先进、节能高效、性能可靠,既可以满足大泵深抽、大排量提液的需要,也可以满足稠油、高气油比油井及供液不足油井开采的要求.图5表4参23     

抽油机用数字化交流伺服驱动系统

采用全数字交流伺服系统驱动抽油机是一种全新概念的控制技术。伺服系统较原驱动方式具有显著的节电效果 ,减少有功电量 35%～ 65 % ,无功电量 88%～ 95 % ;电动机功率因数大于 0 95。在系统内安装了智能化的逻辑控制软件 ,可针对油井实际状态自动调整抽油机的工作速率 ,并可通过伺服系统的通讯接口 ,对抽油机的各项运行参数进行实时测控 ,有利于油田生产管理实现数字化、网络化。     

有杆抽油系统无级调冲次工艺研究

利用变频调速无级调冲次技术对有杆抽油系统采油工艺参数进行了综合研究及评价,结合最新研制生产的抽油机变频调速智能控制装置,分别进行了厂内台架试验及油田现场试验,从不同角度分析研究了抽油机无级调冲次工艺对抽油机平衡度、输入功率、电动机功率因数、油井日产液量、吨油耗电量以及抽油机泵效、系统效率等参数的影响。研究结果表明,在有杆抽油系统的抽油机、抽油杆、油管及抽油泵等配置保持不变的前提下,采用有杆抽油系统无级调冲次工艺可以优选抽油机最佳抽汲参数,并以此提高抽油泵泵效和系统效率,降低吨油耗电量,使有杆抽油系统的泵送能力不断与变化的井底流入条件相匹配,从而在一定程度上提高原油采收率。     

由游梁式抽油机改造成的双变径轮式抽油机

双变径轮式抽油机是在继承常规游梁式抽油机优点的基础上设计而成的大载荷、长冲程、低冲次节能型抽油机。该机型的双变径轮设计相当于游梁机的前、后臂变长 ,通过变径轮的两次变径 ,能使抽油机的传动性与油井的载荷变化规律更好地相适应 ,从而降低减速器的扭矩波动 ,达到节能降耗之目的。采用复合平衡系统 ,可显著降低抽油机连杆和支架的受力 ,提高整机运转平稳性 ,减少振动和噪声 ,在小泵深抽采油工艺中 ,节能效果尤佳。双变径轮式抽油机设计方案 ,既可应用于新机制造 ,也可应用于将现有的中小冲程、能耗大的常规游梁式抽油机改造成大载荷、长冲程、低冲次的节能型抽油机     

新型变频调速智能控制装置的研制与应用

针对抽油机系统效率低、能源浪费严重及自动化程度低等问题．研制了新型变频调速智能控制装置。它可以对抽油机实现无级调冲次、改变上下冲程速比．还具有转矩跟踪控制及电机自保护等功能，实现抽油机节电、增产、增效的目的。现场试验证明．该装置具有节能效果好、自动化程度高、性能可靠、操作方便等特点。     

变曲柄转速游梁式抽油机结构设想

设想了一种以非圆齿轮副作为游梁式抽油机减速器最后一级传动副的变曲柄转速抽油机的结构。利用非圆齿轮副的变传动比特性，达到在不减少冲次的前提下降低游梁式抽油机最大输入扭矩的目的。计算结果表明：这种变曲柄转速游梁式抽油机与同型号、同冲次非变曲柄转速游梁式抽油机相比，在同样工况条件下，其最大输入扭矩可降低２０％以上。     

电动机换向智能抽油机应用与分析

为了解决游梁式抽油机效率低、能耗高和调整参数复杂等问题 ,研制开发了电动机换向智能抽油机。这种抽油机采用电动机正反转动 ,驱动同轴连接的摆线针轮减速器 ,带动摩擦轮正反向转动 ,使抽油杆上、下运动来抽汲产液。采用开关磁阻调速电动机拖动 ,由可编程控制器进行准确的位置控制 ,来完成抽油工作的整个过程。调速系统功率因数高 ,超载能力强 ,传动线路短 ,对提高系统效率 ,降低能耗 ,方便地调整参数具有明显优势。经测试 ,电动机换向智能抽油机的地面效率在 80 %左右 ,接近有杆泵地面效率理论最高值 ,井下效率在 4 7%左右 ,系统效率在 4 0 %左右。     

变频调速技术在智能化抽油系统中的应用

智能化抽油系统是应用变频调速、过程控制等高新技术的抽油系统，用来改造现有的游梁式抽油机，可提高有杆抽油系统的系统效率。变频调速技术是智能化抽油系统的关键技术。从控制原理和指令编程等方面，阐述了变频调速技术在智能化抽油系统中的具体应用。5口油井的现场应用实例表明，把变频调速技术应用于有杆抽油系统中，在稠油和稀油等不同井况下均收到了增产、节能、无级调速的效果，同时减轻了工人的劳动强度，最终达到了提高抽油系统系统效率的目的。