开关磁阻电动机用作游梁式抽油机拖动试验及效果评价

针对油田在用的常规游梁式抽油机的运行效率较低,特别是其电动机运行效率较低,并结合游梁式抽油机运行方式,提出将一种新型高效调速电动机用作抽油机拖动电动机。它具有启动扭矩大、电流小、高效区间宽等特点,与抽油机"重载启动、轻载运行"特性较匹配,从而达到提高电动机运行效率和抽油机井系统效率的目的。通过开关磁阻电动机室内试验和现场试验两方面,对开关磁阻电动机作为抽油机拖动电动机的技术优势和效果进行了总结分析。室内试验分析表明,开关磁阻电动机空载电流小,自身效率高,具有较好的启动特性,启动扭矩达到额定转矩的2.5倍时,电流仅为额定电流的0.3倍。在较大的转速和负载范围内,运行效率均能保持在80%以上。现场试验200口井,平均系统效率提高3.6个百分点,功率因数由0.44提高至0.98,有功节电率18.9%。     

节能抽油机设计

通过将传统的游梁式抽油机改进为无游梁塔架式抽油机,从而完成了节能抽油机设计。采用开关磁阻电机取代三相异步电动机,并用钢丝绳滚筒作为减速装置,通过配重平衡块降低电机承受的载荷,抽油机主体采用桁架结构,在节能和外型上对抽油机做了改进。     

游梁式抽油机传动技术改进

游梁式抽油机一般采用皮带传动,针对皮带传动过程中易打滑、易磨损、机械传动效率低等问题,提出了液力耦合器传动技术、永磁半直驱驱动技术与电动机直驱驱动技术,取代或取消了皮带传动机构,降低了抽油机的运行能耗,提高了系统效率,同时为低产油井参数调整提供了技术支持。     

抽油机超高转差率电动机的应用效果研究

超高转差率电动机作为抽油机驱动电动机是提高抽油机系统效率的主要措施之一,具有转子电阻大、启动力矩大、启动电流小、机械特性软等特点,经过现场进行超高转差率电动机安装前后对比测试及分析,应用超高转差率电动机后有功节电率7.15%、无功节电率34.71%、综合节电率9.14%,提高了系统效率。对设备起到了保护作用,减少了设备维修、更换费用,也减少了停井时间,具有良好的综合经济效益,是抽油机较理想的驱动设备。     

永磁半直驱电动机在萨北油田应用探讨

为了能够进一步挖掘抽油机井的节能潜力,有效降低抽油机井的采液单耗,第三采油厂引进了抽油机井永磁半直驱电动机拖动技术,该技术取消了原抽油机的皮带轮传动机构,能够有效提高抽油机的机械传动效率,降低能耗。2017年通过在62口井上进行永磁半直驱电动机试验,完成了节能效果对比、室内模拟试验、电动机选配计算、噪声试验等现场试验。安装永磁半直驱电动机后平均有功节电率15.24%,系统效率提高4.75%,节能效果明显。同时取消了皮带更换,冲速易于调节,降低了维护成本及工人劳动强度。     

电控换向塔架式抽油机举升技术应用

针对传统游梁式抽油机传动效率低、能耗低、节能效果差的问题,开展电控换向塔架式抽油机举升技术试验,旨在降低单井能耗,提高节能效果。通过改变游梁式抽油机四连杆机构传动为电动机经减速器减速直接带动驱动轮、动滑轮传动,并由智能控制装置控制进行上下往复运动,提高传动效率和系统效率,降低能耗。经过4口井试验数据对比分析,平均系统效率提高11.29%,吨液百米节电率26.3%,平均单井日节电56.4 kW,具有较好的节能效果。4口井累计年节电8.176×10~4kWh,年节约电费5.217万元,具有较高的经济效益和广阔的应用前景。     

开关磁阻电动机在抽油系统中的试验应用

针对抽油机存在井下泵效低、电动机反发电的问题,试验了开关磁阻电动机。该电动机由电动机和控制系统组成,具有启动扭矩大、运行电流小、无极调速、抑制电动机反发电的技术特点,在新疆油田八区的14型抽油机上试验了2台,测试结果表明抽油机载荷示功图明显改善,电动机无反发电现象,并且在不影响产量的情况下,抽油机系统效率显著提高,平均综合节电率为19.2%。     

经济型抽油机低压变频器的研制

目前,大庆油田的抽油机主要采用工频控制,存在载荷过低、调参困难、系统效率低、能耗较大等问题。采用变频器驱动,则可以满足抽油机井的动态调参需求,提高采油效率并实现油井的合理化开采。针对抽油机通用变频器存在的维护不方便、谐波污染等问题,通过采用四象限变频控制技术,开发经济型抽油机专用变频器,在满足油田对节能降耗需求的同时可进一步降低采购和维护成本。现场应用表明,研发的抽油机低压变频器可提高电动机运行时的功率因数,且调参方便、运行稳定、维护简单,抽油机电动机平均综合节电率达15%,具有良好的节能效果。按年需求量1 000套测算,每年可降低采购成本350万元左右,具有良好的推广前景。     

抽油机井变频控制技术节能效果评价

抽油机井变频控制技术能够通过优化调整电动机转速,降低电动机的输出功率峰值和波动范围,使电动机的运行轨迹和抽油机的运行状态更加合理。最终该技术能够达到降低抽油机井举升能耗,改善深井泵工作状态,提高抽油机井系统效率的目的。结合现场实测数据对该技术进行效果分析,为变频控制技术在油田上的进一步推广提供参考。     

节能控制技术应用与负载率关系探讨

目前,用于油田抽油机井上的节能控制技术种类较多,应用范围广。现场测试表明,这些控制技术的节电率与电动机负载率有较密切关系。通过分析抽油机电动机负载率与电动机实际运行效率关系,能确定抽油机电动机的负载率对节能控制技术应用效果的影响。试验结果表明:抽油机井上应用节能控制技术时,可根据电动机实际负载率针对性选用节能技术,有功节电率可提高4.24个百分点;根据抽油机载荷的平衡状况,可采取相应的节能平衡改造技术,通过改善抽油机的平衡效果,可进一步降低油井的能耗损失。