|
一、简介：
磕头机是目前采油生产中的主要设备，其数量达10万台以上。电动机装机总容量在3500万kW，年耗电量达百亿度以上。磕头机用电量约占油田总用电量的40%，运行效率非常低，平均运行效率只有25%，功率因数低，电能浪费大。因此，磕头机节能潜力非常巨大，石油行业也是推广“电机系统节能”的重点行业。采用变频调速技术，使磕头机的运动规律适应油井的变化工况，实现系统效率的提高，达到节能增产的目的。
  
二、抽油机变频改造的优点：
2.1.大大提高功率因数，（0.25～0.5提高到0.9以上）。减小了供电电流，从而减小了电网及变压器的负荷。
2.2.动态调整抽取速度，一方面节能，同时增加原油产量。
2.3.实现真正“软起动”，减小对电机、变速箱、抽油机过大机械冲击，延长设备使用寿命。
三、磕头机结构及工作原理
3.1.国内应用最广泛的是游梁式竖井磕头机，它有三部分组成：
（1）地面部分：由电动机、减速器和四连杆构成。
（2）井下部分：抽油泵（吸入阀、泵筒、柱塞和排油阀），它悬挂在套管中的下端。
（3）抽油杆柱：连接地面抽油机和井下抽油泵的中间部分。
3.2.磕头机的工作原理：
磕头机的电机负荷是按周期变化的，开始起动时，负荷很大，要求启动转矩很大。正常运行时负荷率很低，一般在20%左右，高时负荷率只有30%。电机的负荷曲线有2个峰值，分别为磕头机上、下冲程的“死点”。未进行平衡的条件下，上、下冲程的负载极度不均衡，在上冲程时，需要提起抽油杆柱和液柱，电机需付出很大能量。在下冲程时，抽油杆柱对电机作功，使电机处于发电状态。通常在磕头机的曲柄上加上平衡块，消除上下冲程负载不平衡度。平衡块调节较好，其发电状态的时间和产生的能量就小，由于抽油负荷是每时每刻在变化，平衡配重不可能随抽油负荷作完全一致的变化，绝大部分磕头机配重严重不平衡，从而造成过大的冲击电流，冲击电流最大可为5倍的工作电流甚至达到额定电流的3倍。调整好平衡配重，可降低冲击电流为正常工作电流的1.5倍。在国内油田使用的磕头机普遍存在的问题：运行时间长，“大马拉小车”，效率低，耗能大，冲程和冲次调节不方便，有空抽现象。
四、磕头机改造及应用实例：
4.1.磕头机改造原理：
磕头机在一个工作循环中，有两次发电状态，尤其当配重不平衡时，产生的“泵升电压”很高，靠加大变频器直流侧电解电容和减小制动电阻值，不能完全解决问题，并且随着油层的变化，“泵升电压”也在变化。因此，解决“泵升电压”的问题至关重要，可以保证变频器安全运行。降低“泵升电压”的方式通常采取的方式有以下三种：
- 变频器采用两段速度速度的控制方式：上冲程提升的时候采用低速，增大电机转矩，防止起动过程中出现过流现象。下冲程采用高速，电机处于电动状态，防止“泵升电压”过程的出现。
- 变频器采用加装制动单元和制动电阻：采用能量泄放的方式降低“泵升电压”。以上两种方式在运行过程中，都存在能量损失的问题。
- 变频器加能量回馈单元：其工作原理是，通过能量回馈单元将变频器工作过程中产生电能转换成交流电回馈到电网中。这种方式投资成本较高，但是，有利于节能环保，现在在油田抽油机上广泛使用。
4.2.应用实例:
普传PI9000及PI500系列变频器从问世以来，以其优越的性能和稳定可靠质量，广泛的应用在各个领域，同时，在油田磕头机上也大量的应用，下面是应用现场的照片。
 
PI9000系列变频器
 
PI500系列变频器
  
辽河油田现场应用图片（盘锦）
  
吉林油田现场应用图片（松原）
大庆油田现场应用图片
五、结束语
由于油井的类型和工况千差万别，井下渗油和渗水量每时每刻都在变。磕头机的负载变化是无规律的，故采用变频调速技术，使磕头机的运动规律适应油井的变化工况，实现系统效率的提高，达到节能增产的目的。
|
