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推广抽油机调平衡,降低稠油开发电能消耗

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推广 抽油机 平衡 降低 开发 电能 消耗
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2009年6月 试 采 技 术 01.30 推广抽油机调平衡,降低稠油开发电能消耗 石宏飞闰朝辉谢玉文 (中石化河南油田分公司采油二厂采油十一队) 摘 要 机抽井工作时始终处于平衡状态的抽油机是没有的,因为生产过程中油 层情况、油井情况及油井工作制度的改变都会破坏抽油机原来的平衡。因而在油井生 产过程中要定期检查和及时调整抽油机的平衡。调平衡的方式有多种多样,该文以井 楼油田为例,通过合理调整平均块位置以及电能与机械能之间的来回转换,减少了由 于能量转换而产生的能耗,从而提高抽油机平衡度与机采效率,降低能耗。 关键词抽油机调平衡稠油 机采效率 抽油机平衡率 能耗 河南稠油油田从1986年6月开始蒸汽吞 吐试采,1989年投入大规模开发,至今已经 历经了20多年的开发历程,井楼、古城、新 庄、杨楼油田相继投入开发,共有18个开发 单元,含油面积12.32 动用储量2 704 X 104 t,实际动用储量为3 189.47×104t。目前稠 油开发中共有热采井l 500余口,其中,井楼 油矿共有热采井983口,平均日开抽井为707 口,不平衡运行油井500口左右,由于抽油机 不平衡引起了大量电力资源的浪费。 1平衡原理 抽油机运转不平衡,是因为上、下冲程 中悬点载荷不同,造成电动机在上、下冲程 中所做的功不相等。要使抽油机在平衡条件 下运转,就应使电动机在上、下冲程中都做 正功;在下冲程中把能量储存器来;在上冲 程中利用储存的能量来帮助电动机做功,要 达到平衡的基本条件,在抽油机后梁上加一 重物,在下冲程中让抽油杆自重和电动机一 起对重物做功,则: A~= (1) 式中: ——下冲程中抽油杆自重和马达对重 物所做的功,既重物储存的功; 厂抽油杆柱对重物所做的功,既悬 点在下冲程中做的功; 厂电动机在下冲程中对重物做的 功,既电动机在下冲程中做的功。 由上式可得: (2) 在上冲程中,将重物出储存的能量释放 出来和电动机一起对悬点做功,则: A = ,A (3) 式中: 一上冲程中悬点做的功; 。。——上冲程中电动机做的功。 要使抽油机平衡,应该让电动机在上、 下冲程中做的功相等,即:A a=A ,所以l ,为了达到平衡,在下冲程需要对 重物做的功和上冲程中需要重物释放的能量 作者简介:石宏飞,男,1979年出生,助理工程师,2006年毕业于长江大学自动化专业,现从事采油工程工作。地址: (473415)河南省唐河县。 2009年6月 石宏飞 闫朝辉谢玉文:推广抽油机调平衡,降低稠油开发电能消耗 的关系应该为:A =A./2+A,了使抽油机 平衡运转,在下冲程中需要储存的能量应该 是悬点在上下冲程中所做的功之和的一半。 2抽油机的平衡计算 2.1 曲柄平衡方式计算 曲柄平衡:是指平衡重装在曲柄上,适用 于大型抽油机(图1)。 图1大型抽油机曲柄平衡示意 在下冲程中,曲柄平衡重 上升的高度 为2R,曲柄自重 上升的高度为2 ,抽油机 本身不平衡值咒 上升的高度为2,.,则平衡系 统在下冲程中储存的能量,或实际产生的平 衡功为: A =2R 6+2R 4) 令其与需要的平衡功相等: 2 6+2 。 +2 ( (5) 可得到平衡半径的计算公式为: 竞一 一 ㈦ 3抽油机平衡检验方法 3.1测量驴头上、下冲程的时间 抽油机在平衡条件下工作时上冲程和下 冲程所用的时间是相同的。如果上冲程快、 下冲程慢,说明平衡过重,则应减小平衡重 量或平衡半径;反之,则应增加平衡重量或 平衡半径。 3.2冲程中的电流 抽油机在平衡条件时上 下冲程的电流 峰值应相等。如果上冲程的电流峰值大于下 冲程的电流峰值(I >I ),则说明平衡不够, 应增加平衡重量或增加平衡半径;反之,则 应减少平衡重量或平衡半径(电流法并不能 完全反映抽油机的平衡度),在某些油井上电 流平衡的油井抽油机并不平衡。这时候就必 须使用功率平衡法。功率平衡法能够判断所 以抽油机平衡,但具体操作起来比繁琐。 4抽油机调平衡的终极目标 抽油机平衡调整的终极目的有两个,一 是保证抽油机安全运行,二是节能。先从保 证抽油机安全运行的角度看,调平衡就是要 使减速器的输出扭矩最小。由于减速器的扭 矩有正有负,仅用平均值不能反映实际的载 荷大小,所以一般用均方根扭矩来反映减速 器的载荷情况。均方根扭矩7 平均扭矩 之 比称为周期载荷系数 它反映了载荷扭矩 的波动程度,此值越接近1说明载荷扭矩越平 稳,越大说明载荷扭矩波动得越厉害。均方 根扭矩 、平均扭矩 及周期载荷系数 均按 曲柄旋转一周(2 计算,公式如下: = 一 1 工作时始终处于平衡状态的抽油机是没 p 的,因为生产过程中油层情况、油井情况 丁 及油井工作制度的改变都会破坏抽油机原来 ,平衡。因而在油井生产过程中要定期检查 和及时调整抽油机的平衡。通常采用两种方 式中: 法来检验抽油机的平衡。 卜瞬时扭矩kN.m; (7) (8) (9) 试采技术 广曲柄转角,( 从节能的角度看,对于一台具体的抽油 机而言,机械传动损耗与电机的固定损耗是 相对不变的,只有电机的变动损耗与电流的 平方成正比。要使抽油机最节能,就是要使 电机的变动损耗最小,也就是均方根电流最 小。对于一台具体的电动机,电流的大小只 取决于其负载扭矩,只有保证电机的负载扭 矩的均方根值最小,才能保证电流的均方根 值最小。而电机的负载扭矩与曲柄轴扭矩大 体成比例关系,二者关系: 2 :王 (10) n/中: n——从电机轴到曲柄输出轴的总减速比; ——从电机轴到曲柄轴的传动效率。 从上面的分析可以看出,只要保证曲柄 扭矩的均方根值最小,就能保证电机负载扭矩 均方根值及电机电流的均方根值最小。平衡调 整对抽油机的安全运行与节能这两个目标的作 用是一致的,只要能保证抽油机最节能,就同 时保证了抽油机最安全,反之亦然。 5抽油机平衡度与机采效率的关系 抽油机平衡度与机采效率的高低密切关 系,一般来说抽油机平衡度在80%~1 10%之 间,电机能耗较低、系统效率较高(图2)。 口O一 u 1 U—l U 平衡度(%) 图2抽油机平衡度和机采效率关系的曲线 由于井楼油田绝大多数井是稠油井,进 行蒸汽吞吐开发。在一个吞吐周期内随着单 井生产参数的变化,单井抽油机平衡率和机 采效率也在不断的发生着变化。下面我们将 用单井在一个周期内不同生产时间作为具体 例子 n 0 o 1z b.1 b. b ,. ,.■O ,.1b 时间 图3 71006井周期内平衡度变化 抽油机运行过程是一个能量转化的过 程,目前判断平衡的方法有两种,一是电流 平衡法,用下冲程的最大电流与上冲程的电 流比值得出抽油机的平衡度,平衡度在80% ~110%视为抽油机平衡;二是功率法,根据 抽油机曲柄块的均方根钮矩最小,使抽油机 平衡且能耗最低。 根据我们现场对井楼油田多个区块进行 平衡测量的结果显示,井楼油田绝大多数抽 油机都在不平衡的状态下运行,抽油机平衡 率整体低于75%(表1)。达不到80%~110% 行业标准,测试过程中油井做负功现象严重。 表1井楼油田多个区块平衡度统计 6调抽油机平衡效果及经济效益 截止到2008年7月,已累计调抽油机平 衡块438井次。油井平衡率调整前后对比(表 2),油井调整前后节电对比(表3)。 从表2~3可以看出,抽油机调平衡措施实 施后,抽油机的平衡率上升到现在的 87%,提高了37个百分点,抽油机有效功率由 原来的4.26 ,降为现在的3.79 ,措 施前后节省电能15 014。;按每度电0.72元来计 算,共节省10 810.08元。平均每口井节省电费 568.95元。 2008年1—7月年井楼油矿共调抽油机平衡 2009年6月 石宏飞闫朝辉谢玉文:推广抽油机调平衡,降低稠油开发电能消耗 438井次,按调平衡有效率为85%计算,井楼 表3部分油井调整前后节电对比 油矿共节省电费296 548.1元。 表2部分油井平衡率调整前后对比 7结语 在抽油机光杆功率不变的情况下,通过 合理调整平均块位置,减小了电机功率的均方 根值,也就是减少了电能与机械能之间的来回 转换,减少了由于能量转换而产生的能耗,从 而节约了电能,也使抽油机在工作过程中更加 安全、平稳。但是在抽油机调平衡的过程中我 们也意识到稠油开发过程中抽油机负载率在一 个周期内变化较大。要保持抽油机在任何时候 都有理想的平衡率比较难实现,而且在调平衡 的过程中工作量较大,使抽油机调平衡工作推 动起来难度较大,改善这种现状有待于工程技 术人员的进一步努力。 参考文献: …1 张琪,孙大同,樊灵,等.采油工程原理与设计,北 京:中国石油大学出版社,2006 (收稿日期:2008—08—05)
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