抽油機伺服控制器的節(jié)能效果分析

詹慶亞蔣衍志

（1.大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠；2.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

抽油機伺服控制器的節(jié)能效果分析

詹慶亞1蔣衍志2

（1.大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠；2.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

大慶某油田屬于低滲透油田，隨著油田不斷開發(fā)，出現(xiàn)一些間歇出油、供液不足的低效井，造成抽油機運行參數(shù)匹配不合理，無功損耗大，功率因數(shù)低等問題。針對這些問題，采用抽油機伺服控制器，現(xiàn)場應(yīng)用2 6口井，功率因數(shù)提高0.5 7，綜合節(jié)電率2 8.2 4%，實現(xiàn)了抽油機井工況與運行參數(shù)的合理匹配，并降低了抽油機能耗。

低效井 伺服控制器 參數(shù)匹配 能耗降低

大慶某油田在開發(fā)初期時，為了滿足生產(chǎn)要求，抽油機配備大功率電動機，但隨著油田不斷開發(fā)，出現(xiàn)一些間歇出油、供液不足的低效井，此井運行功率遠小于電動機額定功率，運行參數(shù)不能合理匹配，無功損耗大，功率因數(shù)低，大大增加了能耗。采用抽油機伺服控制器，通過實時檢測功圖，跟蹤抽油機負(fù)載變化，合理匹配油井運行參數(shù)，使抽油機工況始終處于最佳的運行狀態(tài)，降低了無效損耗，實現(xiàn)了節(jié)能。

1 伺服控制器

1.1 伺服控制器的結(jié)構(gòu)

抽油機伺服控制系統(tǒng)由伺服控制柜、編碼器、極限開關(guān)、負(fù)荷傳感器組成。伺服控制柜負(fù)責(zé)接收傳感器信號、發(fā)送控制指令，完成抽油機的智能化控制[1]；編碼器能夠?qū)崟r反饋電機速度、位置的變化情況；極限開關(guān)監(jiān)測抽油機上下沖程周期及轉(zhuǎn)換點的變化；負(fù)荷傳感器負(fù)責(zé)檢測抽油桿負(fù)荷，確定示功圖。

1.2 伺服控制器的工作原理

伺服控制器為全閉環(huán)智能控制系統(tǒng)[2]，通過負(fù)荷傳感器、極限開關(guān)和編碼器反饋參數(shù)信息給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)通過與實際工況進行比較，再發(fā)送調(diào)整指令給電動機，從而使抽油機工況與運行參數(shù)達到合理匹配，降低無效能耗，實現(xiàn)節(jié)能。

2 伺服控制器的節(jié)能功能

1）實現(xiàn)工況相同條件下的節(jié)能。伺服控制器通過電動機編碼器和電流傳感器反饋回來的信號，合理輸出電動機扭矩，降低電動機的銅損和鐵損，從而實現(xiàn)相同工況下的節(jié)能。

2）自動調(diào)參。伺服控制器通過實時檢測功圖，根據(jù)抽油機負(fù)載的變化，自動跟蹤調(diào)參，沖速從0.1min-1至15min-1任意可調(diào)。同時，伺服控制器還能夠自動調(diào)整抽油機上下沖程的速度，可以實現(xiàn)快上慢下、慢上快下、慢上慢下等功能。

3）電容補償。伺服控制器在主回路濾波電路中安裝大容量電容，通過補償電容，能夠降低無功功率，提高功率因數(shù)。

4）軟啟動節(jié)能。伺服控制器能夠?qū)崿F(xiàn)電動機電流從接近于零上升到額定電流的軟啟動功能，避免啟動電流過大對電網(wǎng)造成沖擊，延長設(shè)備使用壽命及維修周期。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

2011年4月，在26口抽油機上安裝伺服控制器，并進行測試。結(jié)果顯示，安裝前后產(chǎn)量基本穩(wěn)定，沖速下降0.5 min-1，平均有功功率由4.04 k W下降到3.2k W，平均單井日節(jié)電20.16k W h，平均無功功率由18.8 8k v a r下降到3.52k v a r，平均功率因數(shù)由0.25提高到0.8 2，有功節(jié)電率20.79%，無功節(jié)電率8 1.4%，綜合節(jié)電率28.24%。

為了挖掘抽油機伺服控制器的節(jié)能潛力，2011年6月再次試驗，觀察抽油機在不同運行狀態(tài)下的節(jié)能效果。

試驗1：首先將抽油機伺服控制器由工頻狀態(tài)轉(zhuǎn)換到伺服狀態(tài)，在原有抽汲參數(shù)不變的情況下，待生產(chǎn)穩(wěn)定后進行系統(tǒng)效率測試。

測試結(jié)果顯示：上下同速狀態(tài)，伺服狀態(tài)與工頻狀態(tài)相比，消耗功率下降了0.35 k W，單井日節(jié)電8.4 k W h，功率因數(shù)提高了0.42，綜合節(jié)電率16.09%。從試驗數(shù)據(jù)可以看出，在各項參數(shù)不變的情況下，工頻轉(zhuǎn)換到伺服狀態(tài)，具有一定的節(jié)能效果（表1）。

表1 工頻轉(zhuǎn)換到伺服狀態(tài)應(yīng)用效果統(tǒng)計

試驗2：保持伺服上下同速狀態(tài)，降低沖速，待生產(chǎn)穩(wěn)定后進行系統(tǒng)效率測試。

測試結(jié)果顯示：上下同速狀態(tài)，沖速由4 min-1下降到3min-1，消耗功率下降了0.34 k W，單井日節(jié)電8.16k W h，功率因數(shù)提高了0.03。從試驗數(shù)據(jù)可以看出，適當(dāng)?shù)亟档蜎_速，節(jié)電效果（表2）比較明顯。

表2 上下同速沖速降低應(yīng)用效果統(tǒng)計

試驗3：上下同速狀態(tài)調(diào)整為上快下慢運行特征，待生產(chǎn)穩(wěn)定后進行系統(tǒng)效率測試。

測試結(jié)果顯示：上快下慢運行特征與上下同速相比，消耗功率提高了0.11 k W，單井日耗電2.64 k W h。從試驗數(shù)據(jù)可以看出，采用上快下慢運行特征有一定的能量損失（表3）。

表3 上下同速轉(zhuǎn)換到上快下慢應(yīng)用效果統(tǒng)計

試驗4：上下同速調(diào)整為上慢下快運行特征，待生產(chǎn)穩(wěn)定后進行系統(tǒng)效率測試。

測試結(jié)果顯示：上慢下快運行特征與上下同速相比，消耗功率下降了0.2k W，單井日節(jié)電4.8 k W h，綜合節(jié)電率6.32%。從試驗數(shù)據(jù)可以看出，上慢下快與上下同速狀態(tài)相比，節(jié)能效果（表4）更加明顯。

表4 上下同速轉(zhuǎn)換到上慢下快應(yīng)用效果統(tǒng)計

從4組試驗數(shù)據(jù)可以看出，對于同一口油井，在不影響產(chǎn)量的前提下，根據(jù)抽油機工況的變化情況，適當(dāng)?shù)馗淖兤溥\行參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)抽油機負(fù)載與電動機沖速的合理匹配，提高設(shè)備利用率。

4 效益分析

現(xiàn)場應(yīng)用抽油機伺服控制器26臺，平均單井日節(jié)電20.16k W h，預(yù)計年節(jié)省電費4 375元。伺服控制器單價1.8 9萬元，投資回收期4.3年。

抽油機伺服控制器通過實時檢測功圖，根據(jù)抽油機負(fù)載的變化，合理匹配油井運行參數(shù)，使抽油機工況始終處于最佳的運行狀態(tài)，降低無效能耗，具有很好的推廣前景。

5 結(jié)論

1）應(yīng)用26臺抽油機伺服控制器，平均單井日節(jié)電20.16k W h，功率因數(shù)提高0.57，綜合節(jié)電率28.24%，具有較好的節(jié)能效果。

2）伺服控制器調(diào)參方便，可任意調(diào)整電動機沖速和抽油機上下沖程的速度，使抽油機工況達到最佳的運行狀態(tài)，降低無效能耗。

3）根據(jù)抽油機工況的變化情況，適當(dāng)?shù)馗淖兤溥\行參數(shù)，實現(xiàn)抽油機負(fù)載與電動機沖速的合理匹配，達到更好的節(jié)能降耗目的。

[1]顏嘉男.伺服電機應(yīng)用技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2010:63-64.

[2]田宇.伺服與運動控制系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:人民郵電出版社,2010:24-25.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.06.010

2012-03-16）

詹慶亞，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，電子工程專業(yè)，從事采油工程方面的工作，E-mail：y u t a n g 03@163.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠工程技術(shù)大隊，163000。