1、前言
勝利油田孤東采油廠新灘油田地處黃河入??诘暮┥?,1998年投入生產(chǎn)開發(fā),目前己投入油井63口,年產(chǎn)原油12萬t。由于該地區(qū)離采油廠主力生產(chǎn)區(qū)塊較遠,各采油點又比較分散,油井數(shù)量相對較少。自油田開發(fā)以來一直采用大型油罐車拉油的辦法,將各采油點的原油每天不停地運輸至數(shù)十公里外的原油中轉站,原油運輸成本居高不下。隨著油田開發(fā)難度的增加和噸油成本的不斷上升,進一步挖掘內(nèi)部潛力,降低油氣生產(chǎn)成本,減少輸油損耗,就顯得尤其重要。顯然,利用管道輸油可以大大降低油氣輸送成本,減少油氣損耗,但由于受各采油點產(chǎn)液量的限制,要保證油氣正常長距離生產(chǎn)輸送,就得采取大功率高揚程機組通過截流控制的辦法,才能滿足油井生產(chǎn)的連續(xù)運行需要。由于輸油泵機組容量偏大、其流量和儲油罐液位控制均采用人為節(jié)流調(diào)節(jié)控制等因素,造成了該生產(chǎn)工藝系統(tǒng)運行效率小高、設備易損件故障頻繁和“大馬拉小車”等現(xiàn)象的發(fā)生,這不僅嚴重浪費了能源,而且影響油井的正常生產(chǎn)和原油產(chǎn)量的完成。
2、變頻調(diào)速工作原理
變頻器是一種*的節(jié)電設備,其主要實現(xiàn)方式是通過電流的頻率的變化,改變電動機的轉數(shù),降低電動機輸出功率,具體工作流程信號如圖1所示,工頻電流經(jīng)過整流電路變成直流電,
直流電流變頻器按照控制信號的要求,輸出改變頻率的交流電,作用于電動機,改變其輸出頻率。
變頻器的種類可分為高壓和低壓變頻兩種,其工作方式可分閉環(huán)控制、開環(huán)控制兩種,其中閉環(huán)控制工作原理如圖2所示,它是介質(zhì)的個或多個參數(shù)(如壓力、溫度、流量、液位)等通過傳感器采樣,形成電信號,這些信號經(jīng)過信號處理器(工控機、單板機、微機等)處理形成變頻器可識別的信號,作用于變頻器,變頻器產(chǎn)生交變電流,作用于電功機等用電設備,這些用電設備驅(qū)動泵類、風機等設備,作用于介質(zhì),改變或維持介質(zhì)參數(shù)。開環(huán)控制原理是變頻器的擰制信號經(jīng)輸入面板或微機等輸入設備.根據(jù)生產(chǎn)實際需要確定電機工作頻率,通過人工直接設置相關參數(shù),直接控制變頻器的輸出電流的頻率,來改變電機的轉速,降低電機輸出功率,從而達到用電設備有被控制的目的,其工作原理如圖3所示。新灘油田162油氣混輸站和191油氣混輸站油氣混輸泵機組變頻調(diào)速技術控制方案則采用了閉環(huán)控制與開環(huán)控制相結合的方式.以滿足現(xiàn)場生產(chǎn)工作的需要。
3、圣諾變頻控制器現(xiàn)場應用技術方案
3.1現(xiàn)場生產(chǎn)工藝流程
162站管理著7口油井,油井來油*入2.7m高的40方儲油罐,經(jīng)加熱后由30kW的CSYll——2油氣混輸單螺桿泵將油井產(chǎn)出物輸送至幾十公里外的油氣接轉站。191站生產(chǎn)工藝流流與162站基本相同,目前管理著5口油井,油氣輸送距離比162站更遠。
3.2閉環(huán)控制應用技術方案
在40方儲油罐上安裝帶4~20mA模擬信號輸出的浮球液位計,將液位信號給變頻器,變頻器在接收液忙計信號后與變頻器設定值比較,采用PID調(diào)節(jié)控制算法,通過變頻器輸出頻率的變化來自動調(diào)節(jié)和控制儲油罐的液位高度,達到節(jié)能降耗和油井生產(chǎn)平穩(wěn)運行自動控制的目的。儲油罐的液位控制高度為1.6m。
3.3開環(huán)控制應用技術方案
在40方儲油罐上不安裝液位計,液位檢測采用人工定時檢測,操作人員根據(jù)儲油罐的液位檢測高度,通過人工調(diào)節(jié)5kQ的電位器來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率,控制油氣混輸泵的排量,從而實現(xiàn)儲油罐的液位高度的控制,達到節(jié)能降耗和油井生產(chǎn)平穩(wěn)運行的目的。儲油罐的液位控制高度范圍為1.5~2m。
4、變頻調(diào)速技術現(xiàn)場應用情況
我們于2005年9月先后在孤東采油廠新灘油田162油氣混輸站和191油氣混輸站油氣混輸泵機組泵上各應用了型號為STD型號的變頻器兩臺,共4臺30kW的圣諾STD型變頻器控制器,各站實際生產(chǎn)運行油氣混輸泵機組為一臺(套),另一臺(套)為生產(chǎn)備用機組,應用變頻調(diào)速技術后,162站電動機平均輸出電流頻率為2J2Hz,191站電動機平均輸出電流頻率為20.4Hz.兩者均采用閉環(huán)控制方式。
由表1中可看出兩臺變頻器輸出頻率均在20~30Hz之間,節(jié)電*。表2和表3分別是162站和191站應用變頻調(diào)速技術前后的各數(shù)據(jù)對比表。
在油氣混輸泵上安裝變頻器后,電動機工作電流大幅下降,由20多A下降到10A左右,電動機輸入功率也大幅下降,節(jié)電效果明顯,功率因數(shù)隨之提高,系統(tǒng)效率也大幅提高,值得指出的一點是泵效有所下降,但這是正?,F(xiàn)象,因為電流頻率下降之后,電動機和泵不能在設計工況下運行,效果不能*,因此泵效有所下降,但節(jié)電*,兩臺在用泵機組綜合節(jié)電率可達50%以上,兩臺在用變頻器年節(jié)電可達116800kW-h。由此可見,變頻調(diào)速技術在油田油氣混輸螺桿泵上的應用既可為解決“大馬拉小車”現(xiàn)象提供了一個好的方法,又可滿足油田生產(chǎn)連續(xù)運行的工作需要,且延長了油氣混輸泉設備的使用壽命。
5、綜合效益評價
?。?)節(jié)能*
從孤東采油廠新灘油田162站和191站油氣混輸生產(chǎn)工藝流程中應用的4臺變頻器情況來看,平均系統(tǒng)效率由原來的30.7%提高到目前的39.51%,使用1年可節(jié)約電能約116900kW.h,以每kW.h按0.465元價格計算,則年可節(jié)省電費約5.5萬余元。
?。?)延長了設備使用壽命,減少設備故障維修工作量
從現(xiàn)場使用情況看,使用變頻調(diào)速技術后,不但大大節(jié)約了能源,而且有效地減少了設備的維修維護費用。由于油氣混輸螺桿泵實現(xiàn)低速旋轉后,油氣混輸螺桿起動電流小,對供電電網(wǎng)的沖擊波減小,對整條電網(wǎng)其他用電設備也大有好處,采用變頻調(diào)速技術的油氣混輸螺桿泵,泵的維修次數(shù)將大大降低,提高了油氣混輸螺桿泵的完好率,同時也大大節(jié)省了油氣混輸螺桿泵易損件的維修費用。
?。?)減輕了職工的工作勞動強度,提高了職工工作效率,改進和提高了油氣生產(chǎn)的工作時效性。
?。?)降低了油氣混輸生產(chǎn)工藝線的噪聲污染,有效地改善了職工的工作環(huán)境,減少了職業(yè)危害。
(5)提高了油井生產(chǎn)油氣產(chǎn)出物處理過程的自動化管理水平,確保了處理后的油氣質(zhì)量,實現(xiàn)了油氣生產(chǎn)的密閉輸送,減少油氣輸送過程中的油氣損耗。
?。?)該項技術*,操作簡單方便,安全可靠。
(7)油井生產(chǎn)過程實現(xiàn)了儲油罐液位和流量調(diào)節(jié)的自動閉環(huán)控制,保證了生產(chǎn)過程的平穩(wěn)運行,滿足了油井連續(xù)生產(chǎn)不間斷輸送,特別是冬季氣溫低連續(xù)生產(chǎn)長距離連續(xù)輸送防止管道堵塞的工藝要求。
?。?)閉環(huán)控制變頻調(diào)速技術的應用是一個很好的方法,它實現(xiàn)了電動機的軟起動功能,逐步升高電動機轉速,既可節(jié)約電能,減少設備的損耗,又可不必電動機全速運轉,有效地控制了生產(chǎn)質(zhì)量,達到*經(jīng)濟運行效果,在實際生產(chǎn)中具有良好的推廣應用價值。