Jednostka pompująca pola naftoweRozwiązanie

1. Przegląd

Belkowy zespół pompujący, zwany potocznie „kiwającym osłem”, to główne wyposażenie przemysłu pompowania ropy naftowej, którego liczba sięga ponad 100 tysięcy sztuk. Całkowita moc zainstalowana silnika wynosi 35 milionów kW, a roczne zużycie energii przekracza dziesięć miliardów stopni. Pobór mocy jednostki pompującej wynosi około 40% całkowitego zużycia energii na polach naftowych, a zatem wydajność jest bardzo niska. Przy średniej sprawności działania wynoszącej 25% i niskim współczynniku mocy prowadzi to do dużych strat energii. Dlatego potencjał oszczędzania energii „kiwającego osła” jest bardzo znaczny, a przemysł naftowy również staje się kluczowym punktem promocji „energooszczędnego układu silnikowego”. W artykule przedstawiono zastosowanie technologii kontroli częstotliwości, która sprawia, że ruch zespołu pompującego dostosowuje się do zmiany odwiertu naftowego, poprawiając wydajność systemu i osiągając cel, jakim jest oszczędność energii i zwiększenie wydajności. 

2. Wymagania dotyczące procesu 

1. Zespół pompujący z wałem belkowym jest najczęściej stosowany w Chinach i składa się z trzech części:

(1) część uziemiająca: składająca się z silnika, reduktora i czterech korbowodów;

(2) części podziemne: pompa olejowa (zawór ssący, cylinder pompy, tłok i zawór spustowy), która jest zawieszona w dolnym końcu tulei;

(3) sznur pręta ssącego: środkowa część łącząca naziemną jednostkę pompującą i podziemną pompę olejową.

2. Obciążenie silnika zmienia się zgodnie z cyklem „kiwającego głową osła”: podczas uruchamiania obciążenie jest duże, a wymagany moment rozruchowy jest również duży. Podczas normalnej pracy stopień obciążenia jest bardzo niski i wynosi ogólnie około 20%, a w przypadku wysokiego – 30%. Na krzywej obciążenia silnika występują 2 wartości szczytowe, odpowiednio w martwych punktach skoku w górę/w dół. W przypadku braku równowagi obciążenie podczas ruchu w górę/w dół jest wyjątkowo nierówne. Podczas suwu w górę musi podnieść sznurek tłoczyska i kolumnę cieczy, do czego potrzebna jest duża ilość energii silnika. Podczas suwu w dół cięciwa działa na silnik i wprowadza silnik w stan wytwarzania energii. Zwykle za pomocą bloku równoważącego w korbie jednostki pompującej można wyeliminować nierównowagę obciążenia podczas skoku w górę/w dół. Im lepsza regulacja bloku równoważącego, tym krótszy czas i energia wytwarzana w stanie wytwarzania energii. Obciążenie pompowania zmienia się cały czas, ale nie jest możliwe, aby ciężar wyważający zmieniał się dokładnie tak samo jak obciążenie przyssawki, więc w przypadku większości jednostek pompujących ciężar jest poważnie niezbilansowany, co prowadzi do dużego wpływu prądu, co powoduje maksymalna wartość może wynosić 5-krotność prądu roboczego, a nawet do 3-krotność prądu znamionowego. Dzięki dobremu wyregulowaniu ciężarka wyrównoważającego prąd udarowy można zmniejszyć do 1,5-krotności normalnego prądu roboczego.

Charakterystyka obciążenia: praca ze stałą prędkością; 2-krotny stan generowania w cyklu dla zmiennej momentu obrotowego i obciążenia o zmiennej mocy ze względu na masę, duży moment rozruchowy i dużą bezwładność. 

Częsty problem na domowych polach naftowych podczas korzystania z agregatu pompowego: długotrwała praca, duża moc napędowa, niska wydajność, duże zużycie energii, niewygodna regulacja skoku i częstotliwości skoków oraz pompowanie na pustym terenie.

3. Rozwiązania produktów VEICHI  

Istnieje wiele prób transformacji zmiennej częstotliwości dla jednostki pompującej, ale wszystkie zakończyły się niepowodzeniem. Główne problemy są następujące:

(1) W cyklu jednostki pompującej występuje 2-krotny stan generacji, a zwłaszcza gdy ciężar jest niezrównoważony, napięcie pompy jest wysokie. Nie eliminuje to całkowicie problemu poprzez zwiększenie kondensatora elektrolitycznego po stronie prądu stałego lub zmniejszenie rezystancji hamowania, a napięcie pompy również zmienia się wraz z wymianą oleju.

(2) Podczas uruchamiania jednostki pompującej potrzebny jest większy moment rozruchowy, a nieprawidłowe ustawienie parametrów łatwo doprowadzić do przepełnienia lub awarii rozruchu.

(3) Rzadko uwzględnia się zmianę powierzchni oleju i stężenia oleju w starym projekcie transformacji o zmiennej częstotliwości, co prowadzi do złego wpływu na wzrost produkcji.

4.VEICHI zapewnia następujące rozwiązania problemów związanych z transformacją jednostki pompującej:

(1) Zastosuj technologię kontroli częstotliwości, aby dopasować ją do prędkości i obciążenia silnika. Podczas pierwotnego wydobycia studni, biorąc pod uwagę dużą pojemność oleju, falownik będzie pracował z częstotliwością 65,00 Hz, a prędkość silnika wzrośnie o 30%. Stopień odzysku oleju jest o 20% wyższy niż częstotliwość zasilania, a wydajność pracy wzrośnie 1,2 razy. W studniach środkowych i późniejszych pojemność oleju maleje, dlatego należy zmniejszyć prędkość obrotową i skoki. Generalnie falownik pracuje z częstotliwością 35 ~ 40,00 Hz, a prędkość silnika spadnie o 30%. Stopień oszczędzania energii wynosi aż do 25%, co poprawia współczynnik mocy.

(2) Dynamiczna regulacja częstotliwości skoków jednostki pompującej. W miarę wydobywania oleju z płytszego do głębszego pojemność oleju maleje, przez co stopień napełnienia pompy będzie niewystarczający, a wydajność pompy spadnie. Gdy wydajność odwiertu naftowego jest mniejsza niż pojemność pompy, nastąpi puste pompowanie i uderzenie cieczowe. Zmniejszenie częstotliwości, zmniejszenie prędkości silnika i poprawienie stopnia wypełnienia nie tylko pozwoli zaoszczędzić energię, ale także zwiększy wydobycie ropy naftowej.

(3) Dynamiczna regulacja prędkości skoku w górę/w dół zespołu pompującego. Odpowiednio zmniejsz prędkość skoku w dół, aby poprawić stopień napełnienia pompy i zwiększ prędkość skoku w górę, co może zmniejszyć współczynnik wznoszenia wycieku i sprawić, że jednostka pompująca będzie pracować w najlepszym stanie, dzięki czemu skutecznie poprawią uzysk ropy oleju na jednostkę czasu.

(4) Duży moment rozruchowy, niskie obciążenie robocze i duży prąd udarowy. Aby zasadniczo rozwiązać problemy, należy zwiększyć liczbę par biegunów silnika lub zwiększyć przełożenie prędkości reduktora i zwiększyć wyjściowy moment obrotowy. Zwykle falownik pracuje z częstotliwością 80 ~ 90,00 Hz, co również pomaga zmniejszyć energię w stanie wytwarzania energii i zmniejszyć napięcie pompowania.

(5) Uzdatnianie energii regeneracyjnej. Zwiększ pojemność kondensatora filtrującego po stronie prądu stałego; zmniejszyć wartość oporu hamowania; zwiększyć zużycie energii przez układ hamulcowy; lub bezpośrednio użyj hamulca sprzężenia zwrotnego, aby zmniejszyć straty energii; podczas wytwarzania energii częstotliwość wzrasta.

(6) Brak pompowania na pusto i dynamiczna regulacja prędkości skoku w górę/w dół oraz częstotliwości skoku. Ustaw wartość znamionową i wykryj w czasie rzeczywistym moc wyjściową silnika, aby kontrolować prędkość silnika. Przyspiesz, jeśli jest większa niż wartość standardowa, w przeciwnym razie zwolnij, aby uzyskać kontrolę w pętli zamkniętej.

5. Wniosek

Zastosowanie falownika AC80C w pompowniach na polach naftowych jest bardzo chwalone przez klientów ze względu na jego wyjątkową oszczędność energii i wydajność produkcji. Konkretne zalety to następujące trzy punkty:

1. Duży moment rozruchowy. AC80C może osiągnąć duży moment obrotowy podczas uruchamiania od skoku jednostki pompującej w górę, dzięki doskonałemu efektowi rozruchu;

2. Dobra funkcja hamowania. AC80C może rozwiązać problem sprzężenia zwrotnego energii przy suwie jednostki pompującej w dół dzięki dobrej skuteczności hamowania;

3. Doskonały efekt oszczędzania energii. AC80C może rozsądnie regulować prędkość w różnych warunkach pracy jednostki pompującej, co znacznie eliminuje energię elektryczną potrzebną do produkcji i optymalizuje proces produkcyjny.