一种储能自平衡机构在抽油机上的应用

2017-08-23张波中国石油长庆油田分公司第一采油厂

石油石化节能 2017年8期

张波（中国石油长庆油田分公司第一采油厂）

一种储能自平衡机构在抽油机上的应用

张波（中国石油长庆油田分公司第一采油厂）

针对油田生产实际中抽油机平衡自动调节的情况，分析了利用光能电池作为驱动解决游梁式抽油机移动平衡的装置。根据现场监测分析并得到相关重要结论：该平衡机构现场运行平稳，提高了功率平衡度，可以解决现场实际遇到的问题，满足游梁式抽油机正常工作的同时达到比未安装节能机构提高18%以上的节电效果。

平衡机构；电流平衡度；系统效率；节电

引言

目前，许多抽油机采用变频器调节冲速，或由于油井结蜡、含气、供液变化等原因，造成抽油机悬点载荷变化较大，致使抽油机长期处于过平衡或欠平衡状态。

抽油机平衡度[1]差会造成能耗增加、系统效率下降，通常需要人工调整抽油机平衡度，在停机状态下2～3人用时1 h左右甚至需吊车配合方可调整完毕，工人劳动强度和管理难度较大。为了解决抽油机平衡度差、人工调整困难等问题，近年来各油田相继开发了多种形式的自动调平衡机构，并大量应用于油田现场。

常见平衡自动调整装置主要包括：电动机、蜗轮蜗杆减速器、推力轴承、观察窗、平衡块、驱动丝杠、平衡箱、导电滑环、内部安装与其滑动配合并能够往复移动的平衡块，平衡块通过平衡箱内部的驱动丝杠控制往复移动，驱动丝杠的一端连接电动机，电动机通过蜗轮蜗杆减速器与驱动丝杠联接，驱动丝杠两端设有推力轴承。这种装置基本能够实现自动调整抽油机平衡度的功能，但调平衡机构需要将电动机供电电缆和控制电缆从控制柜经抽油机支架、游梁、尾游梁与调整电动机连接，这种结构存在以下缺陷：供电电缆及控制电缆随游梁摆动每分钟弯折3～6次，且由于严寒酷暑交替，电缆很快就会因弯折而短路或断路；丝杠传动系统是精密传动机构，适合室内工作，不适合抽油机现场风沙雨雪天气，很快就会因为生锈、沙卡、冰冻等环境因素无法正常工作。

1 储能自平衡机构工作原理

1.1 自平衡机构控制核心技术

该机构工作原理是在抽油机游梁尾部加装一个可调节配重力臂的尾游梁，控制系统根据抽油机平衡度，应用无线控制的方式控制配重游标向前或向后移动，从而调整抽油机的平衡度。游标式配重体采用光能电池板给蓄电池充电，用蓄电池带动电动机驱动减速机和齿轮旋转，关键元器件均选用工业级，所有电路板都进行了封装处理，能实现防水、防尘，传动部件采用大模数齿轮齿条传动，环境适应能力强，通过与齿条啮合带动配重体前后移动，达到调节抽油机平衡度的目的（图1）。

1.2 自平衡机构结构

自平衡机构平衡游标采用上下分体式设计，游标的控制及驱动系统均集中安装在下分体内，方便组装。下分体设有多个观察窗口，方便检修、维护。平衡游标控制系统及蓄电池组采用两侧模块化安装，方便组装、调试、维修更换等。通过ANSYS软件建模分析机械结构及传动机构，经过研究论证和强度校核，光能电池板、蓄电池容量、电动机转速、输出扭矩、减速器减速比等关键参数计算和现场试验检测，使平衡块的运行平稳可靠。

光能电池板充电及蓄电池供电能力计算理论上2块蓄电池充满电可使电动机工作15 h，游标移动速度大约为0.1 m/min，假设游标每天调整3次，一次移动1 m，可以使自平衡游标工作30 d。

图1 机构控制原理图

2 油田现场应用情况

1）地面控制系统安装是地面控制箱固定在抽油机主控柜旁边，开口式电流互感器套接到抽油机电动机三相电源线上。将三相电压及互感器的接线接入地面控制箱。经井场实际运行监测，2块电池充满电可使自平衡游标工作15 d以上，也就是说，如果连续出现15 d的阴雨天气，不见一点阳光，光能储能自平衡抽油机依然可以正常工作（图2）。

2）平衡度调节[2]范围大、模块化、插接式设计。游标控制系统采用模块化设计，电气连接均采用插拔式设计，降低组装及维护的工作量。平衡游标两侧都有光能电池板连线插座，方便现场调换光能板位置。

3）平衡游标与外部没有任何电气连接，采用无线通讯控制，所有操作及参数设置都在人机界面中进行，并可实现远程监控[3]（图3）。

4）光能电池板、蓄电池、电动机额定电压均为直流24 V，且在游标两端各装有2个限位开关，具有可靠的限位保护功能，降低安全风险。游标控制箱安装有强制后退开关，若地面控制器无法控制游标，可触发此开关，强制游标退到尾游梁最后端，方便检修。