游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置及方法

日期:2019-05-16 04:57:31

游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种游梁式抽油机平衡度最小功率法自动调节装置及方法。
【背景技术】
[0002]据有关资料统计,国内大约有10万口抽油机井,按其举升方式分类主要有:电潜栗采油、螺杆栗采油、水力栗采油、抽油机采油。其中抽油机采油(约占总油井的86%)是目前的主要举升方式,而游梁式抽油机约占抽油机采油的70%,也就是说大约有60000 口抽油机井采用的是游梁式抽油机。测试结果说明,这些游梁式抽油机井的耗电功率平均约为8.25kW,每年耗电约42.77亿kff.h。
[0003]研究资料显示,抽油机从不平衡状态调节到平衡状态可节约0.3kff-1.5kW,平均每口不平衡的油井调整到平衡状态节约量按0.9kW计算,每年每口不平衡状态的油井调节到平衡状态运行后可节约7760kW.ho目前在运行的游梁式抽油机井约有50%平衡度不合格,也就是大约有30000 口油井处于不平衡状态,这些井调节到平衡状态运行后每年可节约2.3亿kW.ho因此,抽油机调平衡节电潜力较大,各油田都把抽油机调平衡作为一项节能措施加强监督和管理。
[0004]抽油机不平衡可能会带来以下危害:
[0005]1.缩短抽油机使用寿命
[0006]由于载荷极不均匀,在曲柄旋转一周中载荷忽大忽小,减速箱齿受到冲击,严重时抽油机发生剧烈震动,缩短抽油机的使用寿命。
[0007]2.抽油杆抽油栗的使用周期变短
[0008]设备的不平衡,会破坏曲柄旋转速度的均匀性,从而使驴头上下摆动也不均匀,影响抽油机和抽油栗的正常工作,抽油杆的断脱的几率增大。
[0009]3.增加易损件的消耗量
[0010]抽油机在不平衡状态下运行,传动皮带和吊绳受力波动幅度加大,甚至出现皮带打滑现象,造成传动皮带和吊绳疲劳损坏加快,使得传动皮带和吊绳的消耗量增加。
[0011]4.抽油机系统效率降低
[0012]受负荷不平衡的影响.载荷差异越大,电流波动幅度也就越大,电机效率降低,浪费电能,抽油机系统效率下降,同时电机的温度升高,甚至烧毁电机。
[0013]5.配置电机的额定功率增大
[0014]抽油机越不平衡,需要的起动转矩越大,也就需要配备额定功率更大的电机,否则有可能电机堵转而使得抽油机无法正常启动。为了满足电机的启动,配备的额定功率比实际运行功率大很多倍,约5倍左右。
[0015]6.烧坏电机的几率增大
[0016]当供电线路突然停电时,如果抽油机不平衡,平衡块就会带动电机加速旋转,此时电机处于发电状态,抽油机越不平衡,平衡块拖动电机的转速越高,电机的发电电压也就越高,常常超过额定电压380V,甚至超过1800V以上,如此高的发电电压很容易绝缘击穿电机的线圈,瞬间烧坏电机。
[0017]7.污染供电网络
[0018]抽油机在平衡状态下运行时,发电功率很小,几乎为零,但随着平衡度的变差,发电功率逐渐增大,抽油机一个冲程内的平均发电功率一般为0.3kff—1.5kW,有时的瞬时发电功率达到20kW以上,如果多台抽油机发电瞬时功率出现同步,必然对供电网络造成冲击,同时也增加谐波污染。
[0019]石油行业标准《油田生产系统能耗测试和计算方法》SY/T5264-2012中规定了抽油机平衡度测试和计算的二种方法:
[0020]1.电流法:
[0021]分别测试抽油机上冲程、下冲程对应的最大电流1±和Ιτ,然后用下冲最大电流Iτ除以上冲最大电流得出的值来评价抽油机平衡度的优劣。《机械采油系统经济运行规范》SY/T6374-2008规定了平衡度的合格值:80%<平衡度< 110%。
[0022]电流法的优点:测试设备钳形电流表很便宜(约200元),现场测试很简单,用钳形电流表套在绝缘电线外侧,然后从钳形电流表屏幕上即可读取抽油机上、下冲程对应的最大电流。整个测试过程不与裸露金属接触处,安全性很高,可以普及到小队采油工人都可以测试。
[0023]2.功率法:
[0024]分别测试抽油机上冲程、下冲程对应的功率?±和Ρτ,用下冲功率Ρτ与上冲功率Ρ±的比值来评价抽油机平衡度的优劣。这种方法就叫做功率法。
[0025]功率法的优点:它可以避免电流法的“虚假平衡”现象,使得平衡度的测试平价更加准确,用此方法指导采油工人调平衡,节电效果更好。有研究资料说明,在电流法抽油机平衡度合格的情况下,用平均功率法测试评价,并对抽油机平衡度进行调整,可实现节电5%以上。
[0026]抽油机平衡度测试评价调整存在的主要问题如下:
[0027]1.抽油机人工调平衡费时费力
[0028]目前抽油机调平衡主要是人工调整,如图1。人工调平衡需要吊车和3人?4人的配合才能完成。首先把抽油机停止运行,曲柄轴尽可能停在水平位置,然后用吊车辅助吊起平衡块1 (每个平衡块重约2吨),用扳手松开平衡块的紧固螺丝2,再用撬杠移动平衡块1 (既移动平衡块的重心),平衡块的移动方向取决于平衡度的值,如果平衡度的值是过平衡,把平衡块1向靠近曲柄轴4的方向移动,如果是欠平衡把平衡块向远离曲柄轴4的方向移动。平衡块移动完毕,上紧紧固螺丝2。每调试一口油井约需要2小时以上,操作时间很长,工人劳动强度很大。且降低油井开井时率,进而减少原油产量。
[0029]2.人工调整抽油机的平衡度很难调整到标准要求的最佳值
[0030]由于平衡块很重,调整移动困难,在移动过程中很难精确掌握移动的距离,稍有不慎就有可能使移动距离过量或者移动距离不够,很难调整到标准规定的最佳值0.8。
[0031]3.抽油机平衡度随工况的变化而动态变化
[0032]影响抽油机平衡度变化的主要因素是,动液面高度、漏失、回压、套压等,这些参数在数小时内大多数变化不大,但超过数天后,受注水压力、注水量的影响,动液面高度就会增大或者减小;受环境温度和计量间外输栗的影响,回压也会增大或者减小;受井下原油气体析出的变化,套压也随之增大或者减小;随着使用时间的推移,抽油栗漏失,也时常发生。当动液面增大,回压上升,套压下降时,抽油机的平衡度可能从平衡状态过渡到欠平衡状态,反之,抽油机的平衡度可能从平衡状态过渡到过平衡状态。当抽油栗出现漏失时,抽油机的平衡度可能从平衡状态过渡到过平衡状态。因此,抽油机平衡度不是一个常数,是一个动态变化的值。
[0033]4.电流法测试评价抽油机平衡度存在“虚假”平衡
[0034]电流法的缺点:当抽油机处于严重的过平衡或者欠平衡时,电流法测试计算出平衡度的值可能是合格的(80% —110%)。主要原因是:钳形电流表测出的电流,只能是反应电流的大小,不能判断电流与电压的相位,当抽油机处于严重的过平衡或者欠平衡时,钳形电流表测试出的上冲最大电流或者下冲最大电流有可能是发电电流,此时用上下冲程最大电流作比值,结果处于平衡状态(80% —110% ),而实际上处于严重的过平衡或者欠平衡。也就是出现“虚假平衡”现象。
[0035]5.功率法仅仅适用于专业测试人员
[0036]功率法测试抽油机的平衡度对于专业测试人员来说较容易,但专业测试机构受测试人员的限制,一般只是抽测一部分做分析评价。要提高抽油机平衡度的合格率,实现节能必须依靠采油工人对抽油机平衡度进行常测常调。采油工人用功率法测试抽油机平衡度存在三个问题:
[0037]—是存在安全隐患:功率法测试抽油机的平衡度,需要专用功率测试仪,同时要采集电压和电流,电流用仪器佩戴的电流互感器套在绝缘线上,很容易也很安全可以采集到;电压参数的采集,需要仪器佩戴的电压夹子夹在电机三相电源输入端的金属裸露接线柱上,属于带电作业,存在着安全隐患。
[0038]二是设备价格高:抽油机的功率测试仪价格,国产约2万元,进口约6万元,该价格是钳形电流表价格的100倍以上。如果大面积的配备功率测试仪,会增大检测成本。
[0039]三是测试数据的重复性变差:电压电流是靠仪器自动采集记录,但是上下死点是靠测试人员观察抽油机驴头的位置判断并发出指令,根据发出的指令分别测试上冲程和下冲程的功率。靠观察判断上下死点位置,很难做到每次的位置都在同一点上,因此,可能会出现第一次和第二次测试的的功率不同,既测试的重复性差。如果不同的测试人员测试的结果,重复性可能变的更差。
[0040]鉴于功率法存在的问题,该方法只适应于专业测试人员,不适应采油工人。
[0041]6.二种功率法测试

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