油田抽油机井系统试验效果分析范文

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《中国石油和化工杂志》2015年第二期

1.智能柔性变频优化运行技术

1.1技术特点柔性优化运行控制技术是以主动变速的途径来获得系统的柔性优化运行效果，其技术特点主要包括:（1）通过控制电机驱动力大小和变化率，充分利用机械系统的动能储能作用，使电机与齿轮箱实现无负荷突变、无冲击打齿、无反向拖动，使驱动力变化连续平滑，扭矩峰值大幅度降低，并可以有效地降低地面旋转系统的驱动力分布规律（降低峰值、提高谷值，使驱动系统的能量输出趋于均衡化）。（2）可根据油井的供液状况进行柔性运行机制的自适应，实现采供平衡，既可提高产量，又可避免出现液击工况。（3）通过负荷功率再分布技术可提升原本超低负荷率时段的负荷、降低原本过负荷时段的负荷，使电机在全周期内都保持在一定的负荷率范围之内。既可以使电机有更加良好的效率表现，还起到了消除能量反馈的作用，又同时保证了齿轮箱、皮带等设备的安全运行。（4）额定功率随动驱动技术可实现按驱动输出的需求供给电机能量，基本抑制了无效能量消耗，使得驱动系统装置在非常宽泛的电机负荷率范围内，都能处于较佳的效率状态，客观上基本等同于电机的额定功率跟随实际负荷浮动。驱动系统的效率在功率利用率大于20%以上的范围内，效率不小于90%。（5）优化变轨控制可获得所需要的悬点运行规律，从而对杆柱和液柱的惯性作用、气体影响、下行程的动态偏磨及泵漏失率进行有效抑制。

1.2智能柔性变频优化系统的组成及基本功能该技术体系由三部份组成:控制柜部份、传感器部份、中央控制部份。（1）控制柜部分控制柜部分由两个系统组成:①工频运行系统:由空气开关、接触器、多功能保护器组成。主要功能是实现系统的常规工频运行，起到替补作用。②柔性运行驱动系统:主要由接触器、柔性模糊过程驱动器组成。主要功能是实现简单柔性运行，执行中央控制部份下达的优化运行指令，实现电机在曲柄不同转角处的速度与功率调整、光杆不同位置速度与加速度调整。（2）传感器部分主要安装有电机轴角位移传感器和曲柄角位置传感器。电机轴角位移传感器主要监测角位移、角速度及角加速度;曲柄角位置传感器主要监测曲柄位置。（3）中央控制部分①硬件系统是指主控微机系统②软件系统是由整体优化运行控制软件（搭载主控微机系统）和运行过程执行软件（搭载驱动器）两部份组成。实现传感器信号采集、系统力学状态分析，生成电机在曲柄不同转角处的速度与功率调整、光杆不同位置时电机速度与加速度调整之间的优化运算及运行指令生成、下达。

2.智能柔性变频优化技术试验效果分析

北京雅丹石油技术开发有限公司采用智能柔性变频优化技术在三塘湖油田试验了30多口井，取得了良好的效果。

2.1节能效果显著30多口井应用该技术后，冲次平均下降1.01min-1，产液量稳定，沉没度上升110.26m，有功功率下降2.77kW(有功节电26.91%)，折算当量功率下降3.28kW（综合节电率28.82%），吨液百米耗电下降0.13kWh（下降幅度14.58%），系统效率上升8.58个百分点。

2.2启动功率、电流下降明显为进一步对比该技术柔性变频启动的能力，对其中6口井的启动电流、启动功率进行了对比测试，现场测试结果表明，启动功率和启动电流均明显下降。从测试数据的对比可以看出，6口井启动功率的峰值比为9.6:1;启动电流的峰值比为7.8:1。产生这一现象的原因是对于抽油机而言，其启动过程需要的是较大的启动扭矩，由于柔性启动过程使用变频装置，启动转数由0开始逐渐升高，直至运行至该装置所要达到的频率。因而，在该装置启动过程中，达到相同的扭矩时所需的功率较小，起动电流也较低，也就是说，柔性起动是以电机低转速转动获得大扭矩;而对于工频状态下的启动，转速瞬间内就达到电机的额定转数，因而只能以大功率获得大扭矩。以井1为例，启动功率、启动电流对比曲线如图2和图3所示。

2.3运行功率、电流下降明显通过对试验前后的抽油机井的运行功率曲线和运行电流曲线进行测试对比表明:抽油机井的运行功率和运行电流下降明显。以井1为例，如图4和图5所示。井1运行功率的峰值比分别为2.26:1，运行电流的峰值比分别为2.95:1。从图中可以看出，电机在重载情况下以较低的转速运行，在轻载情况下以较高的转速运行，从而起到了削峰填谷的作用，使电机在较高的效率下工作。

2.4峰值扭矩和峰值载荷明显降低如图6和图7所示为使用柔性变频运行技术前后的扭矩曲线变化情况，井1和井3的最大静扭矩分别从30.5kN•m下降到21.8kN•m和从26.2kN•m下降到17.4kN•m，抽油机的运动动力学性能得到明显改善，且峰值扭矩和峰值载荷均下降明显，为抽油机降低型号奠定了较好基础。3.5泵效明显提高如图8所示，从井1试验前后示功图的对比可以明显地看出，使用智能柔性变频优化技术后，示功图尽管表现出供液不足，但刀把明显缩短，抽油泵的充满程度明显提高。

3.结论

通过对抽油机井智能柔性变频优化系统在吐哈三塘湖油田的试验效果，可以得到如下结论:（1）该项技术的使用大幅降低了油井单耗，节能效果显著，且提升了油井系统效率，试验结果表明，综合节电率28.82%，吨液百米耗电下降幅度为14.58%，系统效率上升8.58个百分点;（2）该技术通过制定光杆不同位置与电机功率、角速度之间的运行制度，实现了抽油机井柔性变速启动，使电机启动功率与工频状态对比，启动峰值功率和启动峰值电流大幅下降;（3）该技术在运行过程中，能够跟踪负载变化，适时通过变频调整电机转数、电机运行的功率，起到“削峰填谷”的作用，与工频运行对比，峰值功率和峰值电流下降明显，且运行功率和电流曲线较为平缓;（4）由于实现了电机频率随载荷进行调整的目标，与工频运行对比，实现了上、下冲程工作时间反转及上下冲程初始阶段的加速运动，提高了抽油泵的充满程度，减少了游动凡尔的漏失。（5）抽油机井智能柔性变频优化技术进一步改善了游梁式抽油机地面传动设备及井下杆柱的运行受力环境，降低了机械受力和损耗，提升了抽油机井系统效率，实现了节能降耗的目标，进一步提升了抽油机井生产管理水平。

作者：鞠汉良殷晶金潘章杨若谷彭健单位：吐哈油田分公司三塘湖采油厂甘肃省中园建业第一分公司 北京雅丹石油技术开发有限公司