游梁式抽油机节能新技术

游梁式抽油机节能新技术

摘要:探讨游梁式抽油机节能的新方法,即在采用优化游梁式抽油机电动机及控制装置、四连杆机构、悬点载荷平衡装置和传动元件的基础上,来提高这些子系统的效率达到节能的目的,并提出了计算系统效率的方法。

关键词:游梁式抽油机节能新技术综述

1 电动机节能方法

对于抽油机的电动机,节能的关键是提高其负荷率。其一,人为的改变电动机的机械特性,以实现负荷特性的柔性配合,主要是改变电源频率,提高系统效率,实现节能。其二,从设计上改变电动机的机械特性,改善电动机与抽油机的配合,提高系统运行效率。其三,通过提高电动机的负荷率、功率因数,实现节能。使用的节能电机主要有:变频调速电动机,电磁调速电机,超高转差电动机。在使用超高转差电动机时,应对抽油机系统进行优化设计,才能达到预期目的。试验表明,超高转差电动机能与变几何形状抽油机(如异相抽油机)和前置式抽油机配合使用,效果很好。另外还有电磁滑差电动机、稀土永磁同步电动机、双功率电动机和绕线式异步电动机。游梁式抽油机用电动机节能是一个非常复杂的问题,选择方案时要考虑电动机效率、功率因数、系统增效、成本投入、可靠性及现场管理等问题。

2 改进抽油机的节能方法

国外抽油机的技术发展总趋势主要有七个方面:朝着自动化、智能化;高适应性;节能;精确平衡;无游梁长冲程;大载荷、长冲程、低冲次;大型化方向发展。研制与应用了各种新型节能抽油机:异相型抽油机、前置式抽油机、前置式气平衡抽油机、大圈式抽油机、轮式抽油机、自动化抽油机、智能抽油机、无游梁长冲程抽油机、低矮型抽油机、液压缸式抽油机、玻璃钢抽油杆抽油机等。同时,还研制了节能抽油机部件,例如:超高转差率电动机、电动机节能控制柜、窄V型联组带和齿型胶带等。我国的抽油机种类已能适应各种工作状况的要求,主要有常规式、前置式、偏置式、链条式和增矩式五种。在抽油机皮带、减速箱和平衡方式等方面研究,使的抽油机效率达到90%以上。研究出了以大载荷、长冲程、低冲次、精平衡、高效节能、高适应性、自动化、智能化、通用化和系列化为代表的先进的抽油机。

3 改进抽油杆的节能方法

采用新型材料和新热处理工艺和强化处理工艺制造抽油杆;各种新型抽油杆的研究、开发和应用、抽油杆的发展和改进也是提高系统效率的主要措施。由于国外新材料抽油杆和连续抽油杆有了很大发展,出现了多种形式的抽油杆,大大地提高了抽油杆的适应性、经济性、可靠性和先进性。国外也发展了连续抽油杆和连续油管。俄罗斯和瑞典分别研制了钢带式超长冲程抽油机,采用了钢带抽油杆,在地面抽油机滚筒上面缠绕着这种抽油杆,在钢带抽油杆的另一端直接连接着井

下具有特殊结构的抽油泵活塞。当然能够增大冲程,增加采油量,系统效率也必然能够提高。国外文献介绍的其它减少抽油杆损失的方法有滚轮接箍,这种方法是将普遍的抽油杆接箍适当加以改制,在不同方位装上滚轮。当抽油杆弯曲时,同油管接触的是抽油杆接箍上的滚轮,这样就把原来抽油杆与油管的滑动摩擦变为滚动摩擦,损失大大减少。

4 提高系统效率的节能方法

美国对于小产量油井,采用自动监控液体抽汲周期性的系统;对于无复杂开采条件的油井,采用监控连续抽汲系统,该系统可以保证抽油泵排量和油井产量相适应,确定设备工作中的故障,并能控制抽油工况和自动试井等;对于含砂油井,采用砾石过滤器和专门结构泵;对于斜井,采用抽油杆自动旋转器和抽油杆扶正器。在计算连抽带喷井的系统效率时,该公式计算的结果为负值,因此存在着不足。

(1)常规法

,

式中:η-抽油机井系统效率,%;qc-油井实际产液量,t/d;N地层-地层能量所作的功,kW;Pt-井口油压,Mpa;N总出-实际输出的有效功,kW;Pc-套压,Mpa;N光-光杆功率,kW;-油管内混合液重度,N/m3;N电-电网平均输给电机的功率,kW;H效-有效举液高度,m

(2)改进方法

这里考虑地层能量的作功,所以光杆功率所作的有效功应等于总有效功(实际输出的有效功)减去地层能量所作的有效功。因此井下效率的定义应为:光杆功率所作的有效功与光杆功率的比值;或定义为井下输出有效能量所作的功于输入井下的能量所作的功之比。如果无地层能量,即泵吸入口压力等于零,井下效率的定义式应为:

,(1)

式中:-井下效率,%;N-无地层能量时井下输出有效能量所作的功,KW

实际上,地层能量不等于零,地层能量要克服部分井下损耗和把一定重量液体举升到一定高度而作功。当有地层能量时,N光要小于实际输入井下的能量所作的功,N也小于实际井下输出能量所作的有效功。对于纯抽井,如果把地层输入能量所作的功也认为是在井口输入井下的能量所作的功,并且仍然认为泵吸入口压力等于零,则井下效率应为:

,(2)

式中:NA-对于纯抽井,假设把地层输入能量认为是井口输入井下的能量,并且

认为泵吸入口压力等于零,井下输出能量所作的有效功,kW。N井口-对于纯抽井,假设把地层输入能量认为是井口输入井下的能量时,井口输入井下的总能量所作的功,kW

NA=,(3);

N光=,(4)

式中:n-冲次,min-1;C1-减程比,m/mm;m-功图划分成m个单元;(hi+1-hi)-示功图第单元的厚度,mm;C2-力比,N/mm;(li+1-li)-示功图第单元的长度,mm

将式(3)和(4)代入(2)式,然后代入下式(5)

,(5)

最后可以得到纯抽井系统效率的计算公式:

,(6)

对于喷抽井,因地层能量所作的有效功等于停抽后井下输出的有效能量所作的功,即:;光杆功率所作的有效功等于假设把地层能量认为是井口输入井下的能量是所作的有效输出功减去停抽后井下输出能量所作的有效功,因此,喷抽井的井下效率为:

,(7)

得到喷抽井的系统效率公式:

,(8)

,(9)

式中:q喷-停抽后自喷产液量,t/d;-停抽后动液面深度,m;-停抽后折算沉没度,m;-停抽后的套压,MPa

国外提高抽油机-深井泵装置的系统效率的方法有3种:使用较为先进的设备。如特殊形状的抽油机、超高转差电动机、低摩擦的杆导向器等。对机-杆-泵进行优化设计,在保证泵的吸入情况下,尽量减小下泵的深度,同时在保证产量的前提下,应选择较大泵径,增加冲程并降低冲次。加强管理,保证抽油机的平衡度。国外对抽油机平衡度的要求是大于90%。抽油机的平衡度影响甚大,但达到100%的平衡度是较为困难的。

5 结束语