抽油机多功能调速装置节能评价与认识

2018-03-14黄晶杨关宏业大庆油田有限责任公司第七采油厂

石油石化节能 2018年1期

黄晶杨关宏业（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

1 调速装置结构及原理

抽油机多功能调速装置主要由传感器、控制面板、变频器、滤波器组成[1]。设备共设有两个控制回路，可实现工频、变频之间任意切换[2]。其中传感器负责传输曲柄旋转过程中的位置信号，分辨出抽油机悬点位于上冲程或是下冲程，并将信号传递给控制面板；控制面板向变频器传达工作指令，测量电参数，分析判断工况，监测设备运行，同时具备过载、欠载保护功能；变频器接受控制面板工作指令，实现节能、软起、软停、电动机转速调整和无级调整冲速的功能[3]；滤波器可有效减少对周边其他电力设备的干扰及电网的冲击，有效控制谐波对电动机的影响[4]。

2 调速装置软启动特性试验

根据抽油机变负载的运行特性[5]，针对启动困难、液面波动较大的井应用抽油机多功能调速装置，并通过跟踪测试应用前后电动机工作电压、电流和功率变化曲线，分析曲线变化规律，对比启动电流和有功功率等电能参数，评价该装置的软启动特性。

2.1 标准井软启动试验

在动液面200 m情况下（其他工况类似），对比标准井工频启动与变频启动的启动电流。由图1可以看出，工频启动时的启动电流为正常运行时的7～8倍，而变频启动的电流小于正常运行时电流值。

图1 启动电流对比

2.2 生产井软启动试验

为验证该装置软启动特性，选择启动困难且功率利用率低于20%的抽油机井作为试验对象（表1）。以葡A井为例，该井机型CYJ10-3-37HB，电动机额定功率37 kW，功率利用率仅为16.8%，且启动困难。应用多功能调速装置后，采用变频顺利启动。将原电动机更换18.5/28 kW双速电动机，工频无法启动，变频正常启动。因此，证明多功能调速装置的软启动特性既能解决抽油机启动困难问题，而且能合理匹配装机功率，提高电动机利用效率。

表1 葡A井软启动性能评价

3 调速装置无级调速功能试验

该装置的变频器以“交-直-交”转换的方式，通过三项逆变电路来调整频率[6]，来达到控制电动机转数，实现不停机调整冲速的功能。该装置的控制面板上带有电动机转速调节旋钮，转动旋钮可以实现冲速的无级调节。综合考虑电动机承受能力，将变频调整范围设定为工频频率的60%～120%。即可在30～60 Hz进行无级调节。实现无级调速后，节省更换皮带、皮带轮费用，降低工人劳动强度，提高抽油机运行时率的目的。

为验证装置的无级调速功能，选择供液不足且参数无法下调的抽油机井作为试验对象。以葡B井为例（图2），该井冲程1.8 m、冲速4次/min，参数已无法下调。通过频率调整后，冲速变为2.4次/min，沉没度逐渐下降，并保持相对稳定。对比试验前后功图情况（图3），发现试验井功图得到明显改善。

图2 葡B井冲速调节与沉没度变化曲线

同时，为防止非机采井管理人员随意调节冲速，造成抽油机井动液面急速下降，导致干磨、烧泵现象发生。将变频器主板内数字处理器程序进行升级改造。通过简单设置，可将电位器锁定。此时，任意旋转电位器，生产参数也不会发生变化。

4 调速装置“上快下慢”运行工况技术试验

该装置传感器安装于曲柄下方，它是通过监测曲柄旋转过程中的曲柄位置信号，分辩出抽油机悬点位于上冲程或是下冲程，提供变频器开关信号，使抽油机下慢上快运行。根据单井的生产参数，在保证或接近原井冲速的前提下，跟踪测试在一个冲程周期内，对抽油机的上、下行程速度的优化分配状况，试验其能否实现延长下行程时间、缩短上行程时间，提高油井泵效，减缓杆、管冲击，延长油井检泵周期。表2为200 m时变频器40 Hz与变频上冲程45 Hz下冲程35 Hz时的对比数据，由数据可以看出，“上快下慢”基本没有节能效果，但是泵效大幅度提高。

表2 200 m时变频器不同冲程时的对比数据

5 节能效果及适应性评价

5.1 标准井节能效果评价

图3 葡B井试验前后功图变化

按照标准SY/T 6422—2008《石油企业节能产品节能效果测定》中的要求，分别在动液面为200 m、300 m、400 m、500 m，抽油机平衡率在80%～110%的条件下，进行装置安装前后对比测试。共对比8井次，标准井平均功率因数0.938、系统效率31.90%、有功单耗0.889 kWh/100 m·t，平均无功单耗0.211 kvarh/100 m·t。与同型常用抽油机对比结果：有功节电率7.81%，无功节电率90.31%，综合节电率13.11%。同时，发现沉没度在200 m、300 m时，调速装置节能效果最好。综合节电率分别为14.70%、15.99%（表3）。