油田抽油機井系統試驗效果分析范文

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《中國石油和化工雜志》2015年第二期

1.智能柔性變頻優化運行技術

1.1技術特點柔性優化運行控制技術是以主動變速的途徑來獲得系統的柔性優化運行效果，其技術特點主要包括:（1）通過控制電機驅動力大小和變化率，充分利用機械系統的動能儲能作用，使電機與齒輪箱實現無負荷突變、無沖擊打齒、無反向拖動，使驅動力變化連續平滑，扭矩峰值大幅度降低，并可以有效地降低地面旋轉系統的驅動力分布規律（降低峰值、提高谷值，使驅動系統的能量輸出趨于均衡化）。（2）可根據油井的供液狀況進行柔性運行機制的自適應，實現采供平衡，既可提高產量，又可避免出現液擊工況。（3）通過負荷功率再分布技術可提升原本超低負荷率時段的負荷、降低原本過負荷時段的負荷，使電機在全周期內都保持在一定的負荷率范圍之內。既可以使電機有更加良好的效率表現，還起到了消除能量反饋的作用，又同時保證了齒輪箱、皮帶等設備的安全運行。（4）額定功率隨動驅動技術可實現按驅動輸出的需求供給電機能量，基本抑制了無效能量消耗，使得驅動系統裝置在非常寬泛的電機負荷率范圍內，都能處于較佳的效率狀態，客觀上基本等同于電機的額定功率跟隨實際負荷浮動。驅動系統的效率在功率利用率大于20%以上的范圍內，效率不小于90%。（5）優化變軌控制可獲得所需要的懸點運行規律，從而對桿柱和液柱的慣性作用、氣體影響、下行程的動態偏磨及泵漏失率進行有效抑制。

1.2智能柔性變頻優化系統的組成及基本功能該技術體系由三部份組成:控制柜部份、傳感器部份、中央控制部份。（1）控制柜部分控制柜部分由兩個系統組成:①工頻運行系統:由空氣開關、接觸器、多功能保護器組成。主要功能是實現系統的常規工頻運行，起到替補作用。②柔性運行驅動系統:主要由接觸器、柔性模糊過程驅動器組成。主要功能是實現簡單柔性運行，執行中央控制部份下達的優化運行指令，實現電機在曲柄不同轉角處的速度與功率調整、光桿不同位置速度與加速度調整。（2）傳感器部分主要安裝有電機軸角位移傳感器和曲柄角位置傳感器。電機軸角位移傳感器主要監測角位移、角速度及角加速度;曲柄角位置傳感器主要監測曲柄位置。（3）中央控制部分①硬件系統是指主控微機系統②軟件系統是由整體優化運行控制軟件（搭載主控微機系統）和運行過程執行軟件（搭載驅動器）兩部份組成。實現傳感器信號采集、系統力學狀態分析，生成電機在曲柄不同轉角處的速度與功率調整、光桿不同位置時電機速度與加速度調整之間的優化運算及運行指令生成、下達。

2.智能柔性變頻優化技術試驗效果分析

北京雅丹石油技術開發有限公司采用智能柔性變頻優化技術在三塘湖油田試驗了30多口井，取得了良好的效果。

2.1節能效果顯著30多口井應用該技術后，沖次平均下降1.01min-1，產液量穩定，沉沒度上升110.26m，有功功率下降2.77kW(有功節電26.91%)，折算當量功率下降3.28kW（綜合節電率28.82%），噸液百米耗電下降0.13kWh（下降幅度14.58%），系統效率上升8.58個百分點。

2.2啟動功率、電流下降明顯為進一步對比該技術柔性變頻啟動的能力，對其中6口井的啟動電流、啟動功率進行了對比測試，現場測試結果表明，啟動功率和啟動電流均明顯下降。從測試數據的對比可以看出，6口井啟動功率的峰值比為9.6:1;啟動電流的峰值比為7.8:1。產生這一現象的原因是對于抽油機而言，其啟動過程需要的是較大的啟動扭矩，由于柔性啟動過程使用變頻裝置，啟動轉數由0開始逐漸升高，直至運行至該裝置所要達到的頻率。因而，在該裝置啟動過程中，達到相同的扭矩時所需的功率較小，起動電流也較低，也就是說，柔性起動是以電機低轉速轉動獲得大扭矩;而對于工頻狀態下的啟動，轉速瞬間內就達到電機的額定轉數，因而只能以大功率獲得大扭矩。以井1為例，啟動功率、啟動電流對比曲線如圖2和圖3所示。

2.3運行功率、電流下降明顯通過對試驗前后的抽油機井的運行功率曲線和運行電流曲線進行測試對比表明:抽油機井的運行功率和運行電流下降明顯。以井1為例，如圖4和圖5所示。井1運行功率的峰值比分別為2.26:1，運行電流的峰值比分別為2.95:1。從圖中可以看出，電機在重載情況下以較低的轉速運行，在輕載情況下以較高的轉速運行，從而起到了削峰填谷的作用，使電機在較高的效率下工作。

2.4峰值扭矩和峰值載荷明顯降低如圖6和圖7所示為使用柔性變頻運行技術前后的扭矩曲線變化情況，井1和井3的最大靜扭矩分別從30.5kN•m下降到21.8kN•m和從26.2kN•m下降到17.4kN•m，抽油機的運動動力學性能得到明顯改善，且峰值扭矩和峰值載荷均下降明顯，為抽油機降低型號奠定了較好基礎。3.5泵效明顯提高如圖8所示，從井1試驗前后示功圖的對比可以明顯地看出，使用智能柔性變頻優化技術后，示功圖盡管表現出供液不足，但刀把明顯縮短，抽油泵的充滿程度明顯提高。

3.結論

通過對抽油機井智能柔性變頻優化系統在吐哈三塘湖油田的試驗效果，可以得到如下結論:（1）該項技術的使用大幅降低了油井單耗，節能效果顯著，且提升了油井系統效率，試驗結果表明，綜合節電率28.82%，噸液百米耗電下降幅度為14.58%，系統效率上升8.58個百分點;（2）該技術通過制定光桿不同位置與電機功率、角速度之間的運行制度，實現了抽油機井柔性變速啟動，使電機啟動功率與工頻狀態對比，啟動峰值功率和啟動峰值電流大幅下降;（3）該技術在運行過程中，能夠跟蹤負載變化，適時通過變頻調整電機轉數、電機運行的功率，起到“削峰填谷”的作用，與工頻運行對比，峰值功率和峰值電流下降明顯，且運行功率和電流曲線較為平緩;（4）由于實現了電機頻率隨載荷進行調整的目標，與工頻運行對比，實現了上、下沖程工作時間反轉及上下沖程初始階段的加速運動，提高了抽油泵的充滿程度，減少了游動凡爾的漏失。（5）抽油機井智能柔性變頻優化技術進一步改善了游梁式抽油機地面傳動設備及井下桿柱的運行受力環境，降低了機械受力和損耗，提升了抽油機井系統效率，實現了節能降耗的目標，進一步提升了抽油機井生產管理水平。

作者：鞠漢良殷晶金潘章楊若谷彭健單位：吐哈油田分公司三塘湖采油廠甘肅省中園建業第一分公司 北京雅丹石油技術開發有限公司