游梁式抽油机节能控制技术探讨

游梁式抽油机节能控制技术探讨

赵磊

陕西延长石油机械装备制造有限公司       陕西省延安市716000

摘要：自20世纪80年代以来,国内外开发了许多节能游梁式抽油机,节能电机和电机控制单元,特别是在节能抽油机研究方面。新的研究与应用节能技术对降低油田生产成本、提高经济效益具有重要意义。

关键词：游梁式抽油机；控制技术

游梁式抽油机结构简单,安全性高,技术发展成熟,在石油开采领域广泛应用。根据数据,大约油井举升95%的井由游梁式组成,约占油田总能耗的40%。但该装置的应用效率仅为30%左右,功耗高,效率低。油田的生产成本仍然很高,节能控制技术的应用可以有效降低游梁式抽油机在使用过程中的能耗,降低石油生产成本,满足国家节能减排的要求。

一、通常采用的节能控制装置

1.软启动,压力调节,节能控制单元,这种节能控制单元适用于高启动负荷,低运行负荷。其工作原理是采用可控硅软启动、压力调节节能、降压节能、三角电机定子绕组转换，泵的功率水平是有限的,例如30,60,80100 kN等。当抽取浅入深时,井的生产率下降,抽油机负荷也相应降低。由于上述原因,抽油机实际负荷通常较低,大多数泵的负荷为20-30%,最大负荷为50%,导致低负荷现象。当电动机在低负载下运行时,效率和功率因数相对较低。如果根据电动机的充电速度调整电动机定子端的电压,可以降低电动机的励磁电流,从而降低电动机的铁损耗和吸收电流的反应功率。这样可以提高发动机的效率和功率比,达到节能的目的。

2.现场无功功率补偿节能控制单元,节能控制单元采用自动无功补偿控制器,自动投切电容,实现电机无功补偿,降低市场电流,减少线路损耗,解决异步电机负载低、功率比低、无功率损耗高等问题。

3.多速节能驱动的超高速电机,节能装置的出发点是减少水泵牵引装置的装机容量和库存。由于其特殊的操作要求,相应的泵电压必须同时满足三个最大要求,即冲程、冲次、挂重。此外,在启动抽油机时,必须有足够的堵转转矩来克服显著的静态不平衡。其机械性能软,降低了悬点的最大负荷,降低了泵的行程速度,降低了抽油杆弹性变形,增加了泵的填充系数,增加了冲次来油量,从而降低了单位液体的能耗。

4.节能变频调速。可以通过利用抽油泵转速变化,排量与井的渗透率相结合。最大的优点是抽油机井调参数设置非常方便和快速。但是,一般的频率转换不允许最佳控制;抽油机产生倒发电状态和冲击电流等问题无法有效解决。

二、游梁式抽油机节能控制系统分析

1.能控制系统的功能,游梁式抽油机管理系统的具体功能主要包括以下几个方面:一是设备的数据存储功能。节能管理系统可通过系统中的负载、路径、电流功率进行记录和存储,以便在电动机现场运行期间提供相关数据参数。其次是远程通信功能。抽油机管理系统通过集成的ControlLogix 500架构实现连续的远程通信,以确保高效的信息和数据传输以及指令处理。第三,动态监控功能。节能管理系统工作场所设有辅助设备监控系统,确保节能管理系统和管理部门能够及时发现设备运行异常。四是节能功能可用于各种控制算法,以分析和计算现场传感器接收的数据,并对抽油机设备的运行状态数据进行深入的计算机分析。抽油机管理系统的主要任务是基于数据处理和分析,在无需干预的情况下发出相应的控制命令。第五,数据查询。管理和技术人员可以查询系统中系统运行历史数据,全面分析抽油机节能管理的有效性。六是预警。一旦现场检测到异常数据,节能管理系统可以提前通知管理人员和现场人员,确定异常数据事件的位置,并为管理和技术人员提供具体信息。七是权限管理。由于在抽油机节能管理系统中收集和存储的关键数据量很大,因此有必要根据用户的任务配置授权管理功能并授予相应的系统权限,以确保节能管理系统的数据安全性。

2.节能管理系统的硬件架构由两个主要模块组成:第一个模块是现场模块。现场模块可以采集,记录,上传和存储有关泵站操作的数据,并执行系统传输的管理命令。其次是远程通信模块。该模块可以方便设备工作场所与管理平台之间的信息交换,实现设备数据的远程传输,与现场控制平台建立连接,实现良好的节能管理。远程通信模块主要利用先进的信息技术(如GPRS技术)和互联网技术构建网络,为系统模块之间的通信和交换提供良好的环境。电源管理系统的硬件架构模块主要是系统管理平台。信息通过系统的操作网络从硬件架构的前端接收,接收到的数据上传到数据库进行处理和分析。在计算过程中接收到的控制通过系统的操作网络发送到现场的抽油机。抽油机系统的软件结构可以概括为四个部分:监控,数据采集和存储,节能控制和远程访问模块。以数据采集和存储模块为例,基于关系数据库管理系统(SQLServer2008)的节能游梁式抽油机管理系统实现了自己的数据库管理系统,实现了接收设备的数据采集和存储功能。根据节能管理系统,有必要开发实时数据表和支出控制表。实时数据表主要收集和汇总来自泵站现场传感器的数据,包括但不限于发动机功率,输出频率和其他数据以及设备的负载和时间。控制输出表主要存储游梁式抽油机节能管理系统的输出值,以便管理人员了解系统的运行过程。检查输出表记录,包括块编号,指定的范围值,电机功率等。

3.节能控制系统的能效。为了验证节能技术的有效性,可以测试两口井并从数据库中检索数据。井A和B使用相同类型的抽油机系统来提供冲程和冲次,使用电机类型,额定功率,额定速度和同步速度。设定节能目标可使设备的能耗降低15%,这意味着其额定功率是一种相对节能的控制技术。使用前减少15%。技术人员使用模糊控制算法和自调整比例因子测试了两口油井,发现应用于A井的模糊控制算法的能效为20.3%。节能算法的自耗率为23%。在模糊控制算法下,B井可以节省18.9%的能量,自调模糊控制算法可以节省21.7%的能量。与模糊控制算法不同,具有自调节比例系数的模糊控制算法通常允许根据设备运行条件的变化调整冲次。虽然模糊控制算法在设备的应用环境中提供足够的液体可以实现良好的节能,但节能管理技术的应用可以达到理想的节能管理目标。根据实验数据可以得出结论,游梁式抽油机节能控制系统可以根据需要改变系统的运行方式,控制设备电机的冲次,降低设备运行过程中的能耗,从而达到节能控制的目的。

游梁式抽油机管理技术的应用在降低石油生产成本、提高能源效率方面发挥着重要作用。相应的设备应在采油过程中游梁式抽油机的实际运行基础上进行创新,调整游梁式抽油机设计,并根据应用要求设计各种节能调节器,以提高性能,保持最佳运行,节约能源,减少排放。

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