抽油机变速驱动与控制技术现状及发展趋势

游梁式抽油机在运行时,系统效率低、能量浪费严重。抽油机变速驱动与控制技术作为近年来应用于游梁式抽油机较先进的节能降耗技术,能够根据油井供液能力的大小以及系统的运行状况,智能控制电机转速,实现油井的供采平衡,节约能耗。变速驱动技术按照作用范围的不同,分为宏观变速驱动和微观变速驱动技术2大类。阐述了宏观变速驱动技术基于悬点示功图、动液面深度2种智能调速控制方案的设计原理与技术特点; 分析了微观变速驱动技术的节能机理。     

关于游梁式抽油机驱动电机节电问题的探讨

电能消耗在原油成本中所占的比例已超过20％，机采系统节能降耗是石油企业节能工作的重点。文中论述了游梁式抽油机驱动电机的运行工况，通用系列驱动电机应用于游梁式抽油机上存在的问题，游梁式抽油机专用节能电机应具有起动力矩大，过载能力强，效率和功率因数高，最好负载越轻时效率和功率因数越高等特性，达到节电的目的。     

永磁复合电动机直驱游梁式抽油机节能技术的试验应用

游梁式抽油机是目前最主要的采油设备,具有性能可靠、结构简单、操作维修方便等特点,但在实际运行中因为需要更换调节皮带盘根、对轴承减速箱进行保养等,工作量较大;另外,电动机启动转矩大,而运行时平均负荷率不到30％,电动机长期低效运行.永磁复合电动机直驱游梁式抽油机技术减少了原动机、皮带、减速齿轮箱三个旋转驱动环节,提高了传动效率,降低了维护成本;同时,永磁复合电动机具有在低负载条件下高效运行的特点,可以有效解决游梁式抽油机的缺陷.经过标准井测试,有功节电率在10％以上,是普通游梁式抽油机节能改造的一个可选方案.     

永磁复合电机直驱游梁式抽油机的应用

为了实现低速大转矩运行,传统游梁式抽油机一般由原动机（通常为感应电机）经过皮带和齿轮箱减速驱动。各驱动环节的额定效率较高,但是抽油机在运行过程中的负载变化幅度较大,平均负载率较低,造成驱动系统的平均效率较低。同时,皮带和齿轮箱润滑油属于消耗品,需要定期更换,还存在一定的安全和环境污染隐患。随着设备运行时间的延长,高速旋转的感应电机、磨损老化的皮带和齿轮箱均会发出较大的噪音。基于上述原因,研制了基于同心式磁性齿轮原理的永磁复合电机,该永磁复合电机具有高效高转矩密度的特点,取代抽油机原有的传动系统,直接驱动游梁式抽油机曲柄旋转。现场实际应用表明,该型抽油机在大庆油田、中原油田和辽河油田取得了较满意的效果。     

新型自平衡游梁式抽油机智能控制系统设计与开发

针对传统游梁式抽油机平衡调整困难、智能化水平低的问题,为提高平衡度达标率和电机实际工作效率,研发了基于STM32的自平衡游梁式抽油机智能控制系统。该系统整合了传统电流法、平均功率法等平衡度计算调整方法,提出了一种基于“最小功率”的平衡度自动调整方法,此方法可以满足现场不断变化工况的节能调整需求。系统PC端的监控软件可以实现数据展示、数据存储和命令发送等功能。该系统经现场测试,验证了系统数据采集的准确性和稳定性,且证实了该系统可以有效地实现自平衡游梁式抽油机的平衡自动调整,减小了抽油机机械系统的损耗。     

塔架式数控抽油机应用效果评价

传统游梁式抽油机无论怎样变型,其传动效率一般只有70%~80%,相应的能耗较高,同时其匹配的异步电动机由于存在铜损和铁损,效率也不高,从而制约油井系统效率的提高。针对这种状况,试验应用了塔架式数控抽油机,它采用复式永磁电动机作为动力,在整体结构上取消了普通游梁式抽油机的所有机械传动部分,采用电动机直接驱动的方式,并在智能变频控制器的控制下完成复式永磁电动机的正反转,从而实现抽油杆的上下往复运动,是一种能耗较低的油田新型抽油设备。     

永磁传动技术在游梁式抽油机上的应用

针对游梁式抽油机工作载荷波动和装机功率偏大的问题,基于永磁传动技术的工作原理及节能特点,提出了采用永磁传动技术来降低抽油机装机功率的节能改造方案。介绍了永磁传动器的结构及工作原理,通过对永磁传动器的选型及节能原理进行分析,获得了永磁传动器的功率、转矩与转差率之间的关系。最后对某抽油机驱动电机上安装永磁传动器前、后所采集的生产数据进行测试。测试结果表明:安装永磁传动器后,电机启动电流降低了19.96%,运行电流降低了30.38%,有功功率减小了10.76%,功率因数增加了29.70%,节能效果明显,电机的负载率增加,效率提高。研究结果为游梁式抽油机系统的节能降耗开辟了一条新途径。     

天平式游梁抽油机的研制与现场试验

针对常规游梁式抽油机耗能大、噪声大、耗材多等问题,引入机电一体化智能自动控制技术,对常规游梁式抽油机进行本质性的改造后,成功研制了天平式游梁抽油机。该机采用底座连接支架作为支撑,支承轴连接游梁及前后驴头,通过永磁同步电动机实现正、反换向,通过两端固定在前、后驴头的驱动实现抽油机的运转。现场试验结果表明,在产液量相当的情况下,天平式游梁抽油机电动机功率比常规抽油机降低22kW,运行噪声降低25dB,试验井原来日耗电量为240kW.h左右,现在日耗电量仅为40kW.h,节能效果十分明显。     

复式永磁电动机抽油机设计及现场试验

抽油机作为目前主要的机械采油设备,在油田得到了广泛应用,但由于游梁式抽油机必须通过减速和传动机构才能实现抽油杆的上下往复运动,因此传动效率较低,从而影响油井系统效率的提高。复式永磁电动机抽油机在整体结构上取消了普通游梁式抽油机的所有机械传动部分,采用电动机直接驱动的方式,并在智能变频控制器的控制下实现抽油杆的上下往复运动,是一种结构简单、能耗较低的新型油田采油设备,对实现节能降耗具有重要意义。     

带副四杆机构的联动平衡游梁式抽油机

带副四杆机构的联动平衡游梁式抽油机是在常规偏置型游梁式抽油机的基础上研制而成的一种新型抽油机。其结构特点是:在游梁和支架上加装副连杆和副游梁,改变其平衡方式,变曲柄平衡为随游梁位置变化而变化的平衡扭矩游梁平衡,从而使新型机既具有常规游梁式抽油机可靠耐用的优点,又有良好的节能效果。与相近井况的偏置型游梁式抽油机对比,测算近500台新型机平均节电率为18.3%,自2001年投产至今,连杆、曲柄销及平衡装置未发生故障,是一种值得大力推广的机型。     

电动机直驱抽油机的研制及试验

为提高抽油机系统效率,节约电能,满足油田新的开采需求,研制了电动机直驱抽油机。该抽油机将永磁同步电动机悬挂式安装,电动机输出轴与天轮总成轴通过花键联轴器直接连接,省去了减速器和换向机构;特殊胶带绕过天轮总成和导轮总成,一端连接悬挂器,另一端连接配重箱。永磁同步电动机在通入低频电流后,转子做低速正、反转运动,直接通过特殊胶带带动抽油杆做往复直线运动,举升井内液体。现场试验结果表明,电动机直驱抽油机启动电流小,冲程冲次无级可调,有助于提高泵效,比常规游梁式抽油机节电20%左右。     

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     

基于外转子式低速直驱电动机的立式塔架抽油机研究应用

研究设计了一种应用于油田的立式塔架结构直驱抽油机采油设备。介绍了总体方案架构,重点分析了外转子式低速大力矩永磁式同步直驱电动机、电动机控制柜和塔架设计方案。实际应用结果表明,结构更简单、可靠性更高,解决了常规抽油机机械效率低、难以实现长冲程和高耗能的难题,与常规抽油机相比节能效果达到35%以上,极具应用和推广价值。     

抽油机井皮带频繁断裂原因分析及治理对策

抽油机井皮带在抽油机井的维护成本中占有很大的比例,所以利用技术手段和管理措施降低抽油机井皮带频繁断裂是一项意义重大的工作.目前可以通过安装半直驱永磁同步电动机、安装变频器同时换大皮带轮、提前更换破损皮带轮、更换凹槽型橡胶联组窄V带以及一些管理措施有效降低皮带断裂的频次,延长皮带的使用寿命,从而达到降低抽油机井维护成本的...     

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。     

一种同轴二次曲柄平衡抽油机方案及性能分析

为了平抑电动机扭矩负荷曲线的波峰和波谷,减小配置电动机的额定功率,提高抽油机系统的工作效率,提出了一种同轴二次曲柄平衡游梁抽油机方案,在常规游梁抽油机一次曲柄平衡的基础上,增加一个同轴不同转速的二次曲柄平衡结构,不仅解决了二次平衡曲柄的安装空间问题,而且还能充分发挥二次平衡效果。对CYJ10-3—53HB型抽油机的计算表明,可以使输出轴峰值扭矩降低38％,节电33．7％。     

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。     

曲卷式抽油机的研究

曲卷式抽油机是由曲柄连杆机构通过齿条和齿轮带动卷筒、钢丝绳和悬绳器作上下往复运动的抽油机.其实质是游梁抽油机的一种变形,因此,它有游梁抽油机的耐用度和可靠性.其运动机理与游梁抽油机基本相同,但其所产生的加速度和动载荷较小.它通过长冲程低冲次的运行方式,最大限度地减少了冲程损失,提高了采油系统效率,延长了机、杆、泵的使用寿命,是一种理想的高效节能采油机械.     

采用同一动力源的联动抽油机组

联动抽油机组是将多台抽油机用一根动力轴连接而成的一种用于丛式井抽油的新型采油装置。这种机组由驱动电动机、胶带轮、支架轴、离合器、万向轴、传动链、游梁式抽油机、测试仪、显示报警装置和计算机等组成。由于采取了联动,下冲程时抽油杆柱及抽油机杆件所积蓄的势能都传到动力轴带动各台抽油机运行,使扭矩曲线水平轴以下的负值得以消除,即在下冲程时形成的无用功全部转换成动力做功。运行试验证实,联动抽油机组载荷波动小,运行平稳,输电线路损耗低,有功节电率约43%,综合节电率约72%。