潜油电泵井欠载整定值标准的探讨
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作者: 申建民 谢 明
摘要: 本文对国内采油中常用的潜油电泵井中欠载整定值的界定进行了详细的分析和探讨,致力于建立更加合理的整定值标准,为提高潜油电泵设备的使用寿命降低生产成本树根立本。
关键词: 潜油电泵;欠载整定
一、前言
潜油电泵采油是机械采油方式中的重要组成部分, 已经在国内外采油工程领域广泛应用。潜油电泵采油适用于供液能力强,产液量比较高的采出井。现有的潜油电泵控制柜(地面中心控制器)可以显示工作时的三相电流值。中心控制器上的欠载保护装置在出厂前以人为设定了过载和欠载值。当机组运行电流高于过载值或低于欠载值时,控制器就会自动过载停机。
在欠载值整定方面,早期的标准是潜油电机额定电流的80%,目前的标准是工作电流的75%-80%。无论欠载值如何整定,其基本思路都是为了保护潜油电泵机组。当电泵井由于轴断、轴窜或供液能力下降等原因导致潜油电机空转时,电流值下降低于预先设定的欠载值,电泵控制器就会自动停机从而避免机组空转损坏。因此,找出真正适合生产实际的欠载值,合理设定欠载保护值标准对电泵井生产的实际效果有着重要的影响。
二、目前采用的欠载值设定标准的缺点:
目前各类电泵井生产技术手册中提到的欠载值整定标准多为机组工作电流的75%-80%。在生产控制中也普遍依据这一标准。但在实际的生产环境中往往因为这种标准存在缺陷而引发电泵井的不正常生产状态,具体现象为机组频繁欠载停机和机组长期空转两种情况。其中主要以机组频繁欠载停机为主。处于这种状态运行生产的电泵井很容易导致机组烧毁,由于需要检泵作业才能恢复生产,使得最终在油井产量和设备投入上造成巨大的损失。在生产实际中相当数量的电泵井在机组损坏之前曾发生过或频繁发生过欠载停机现象,现场诊断的损坏直接原因往往多种多样,但是属于机组烧毁的井基本都发生过欠载停机情况,这实际上与电泵井反复停机易造成机组烧毁的经验是一致的。
1、欠载整定值与潜油电机额定电流、工作电流和空转电流的关系:
潜油电机有着固定的额定电流,该数值与额定电压、额定功率和电机转速等数据都属于潜油电机的固定参数,具体电机的型号不同则额定电流也不同。工作电流是电泵井投产后稳定工作时的电流。该数值由于转子电磁惯性和功率固数的原因一般比额定电流小,在井况和本身机械性能不发生变化时一般也是一个稳定数值。空转电流是电机空转时的电流。另外根据电泵机组的特性曲线,也可以看作是泵排量为零时的电流。在实际生产中当发生轴断或供液能力极差时电机实际上就处于空转状态,空转电流一般为额定电流的60%左右。
2、合理欠载停机的原因
按照工作电流的75%-80%的标准整定负载值,对于工作电流较高的井,当井况发生变化即工作电流降低时,欠载保护生效机组停机,但此时潜油电机并未处于空转状态。在生产实际中,具体的电泵单井由于供液不足,流道结蜡严重等原因造成产量下降,随之工作电流也下降,欠载停机就会发生,如果井况不能及时改善,电泵井将在这种生产情况下频繁的发生欠载停机。从以往的检泵过程中和电泵井生产特点上看,频繁的停机对潜油电泵机组的寿命影响极大,特别是修理机组的使用,频繁的开启,大电流的冲击对修理机组的寿命是致命的。因此在有泵效时情况下,尽量维持机组连续运转是一种合理的策略。实际经验告诉我们,为了最大程度的避免频繁启、停机带来的危害,在机组泵况不存在问题的前提下,只要机组不处于空转状态,就应该保持生产。这时电泵井的日产量虽然处于一个与正常生产时相比较低的水平,但是可以通过清蜡或改善电泵井的井况,使电泵井日产量恢复正常,工作电流也就会升高至原来的正常水平。可见这样的指导思想对提高电泵井的生产时率和生产效益是有好处的。所以目前欠载整定值大于空转情况下的欠载停机是不合理。
另一方面,对于工作电流较低的电泵井,工作电流的75%-80%将小于空转值,当机组轴断,轴窜等问题出现时,电流维持在空转值,此时机组反而不会欠载停机,这种情况虽然发生较少,但对生产管理来讲也是不利的。
3、欠载停机对电泵机组的损害
影响潜油电泵机组寿命的因素很多,其中电机系统的损坏是最主要的原因。频繁欠载停机极大影响了机组寿命,加速了电机保护器的失效。潜油电机保护器的充油腔体与油井连通,从而平衡潜油电机和保护器中各密封部位两端的压差。当潜油电机因温度升高而使润滑油体积膨胀时,润滑机油可从保护器中溢出;当潜油电机因停机温度降低时,保护器可以向电机内腔补充润滑油。但这种“呼吸”作用的效果是有限的,当保护器内腔的电机油因频繁停机造成井液和机油的混合及沉淀时,井液就会浸入电机造成击穿短路烧毁引线。另外在频繁的欠载停机过程中,启机时的瞬间电流要高出额定电流的3-5倍,这对电机、电缆的绝缘性能和介质都会造成损害,特别是修理机组的绝缘介质对强电流的冲击是破坏性的。
因此目前电泵井生产中欠载整定值的设定并不合理,它的缺点是造成大量不合理的欠载停机。
三、新欠载值设定标准的探讨与确定。
1、基本原则
电泵井在生产状态下实际工作电流的高低受各种因素影响,不宜以此作为欠载整定值的标准。固定型号的电泵机组在不同井况条件下泵效差别较大。例如当供液能力差时泵效也差,此时电泵井排量较低,工作电流处于与额定电流值相比较低的位置; 当供液能力好时泵效则较高,则电泵井排量也高。工作电流较高。因此根据这经常浮动的数值的75%-80%来计算欠载值就可能远大于或低于实际的空转电流值。
为了保证电泵井的持续生产能力,就要维护电泵机组至少在泵效大于零的情况下处于运行状态,即潜油电泵泵况正常的机组只要能发挥一定的泵效就要保持连续运转。因为机组空转时泵效肯定是零,所以把欠载值设置在潜油电机空转时的电流值应当是符合这一原则的。
2、欠载整定值的确定
电泵机组空转(或接近空转)的原因主要有以下几种(1)潜油电泵轴断、轴窜造成泵失效。(2)发生供液极差、泵吸入口堵死或井液中含气量大,受气体泡沫影响太大时,造成泵内设足够的连续液体的排出,此时也没有泵效。(3)油管内结蜡或严重阻塞流道造成潜油泵内液体被憋住,此时也没有泵效。在这三种情况中,轴断时的工作电流等于空转电流,供液差时稍高,蜡堵时更高,但它们的差别并不大,实际上此时潜油电机的运行电流处于或极其接近空转电流值。显而易见,此时机组没有必要再继续运转,欠载保护应在这些情况发生时立即生效以保护潜油电泵避免空转损坏。
潜油电泵空转电流值为额定电流值的60%,固定型号的潜油电泵机组都有固定的额定电流值,所以空转电流值是固定的,只要把欠载值整定到这个空转电流值就可以达到防止潜油电泵空转的目的。在生产实践中,应该把这个标准提高到额定电流的65%左右,以此作为警戒值,目的是确保潜油电泵机组不会发生由于工作电流值处于稍高于理论空转电流值时造成的长期空转情况。当然这也是理论折中标准,如果能根据个井情况设定整定值会更有效果,不过这需要高科技含量的数字电路支持,这也是今后油田采油设备控制电路发展的方向。
四、总结
通过以上的分析,对电泵井欠载值整定有了新的认识。
目前使用电泵井欠载值整定标准(工作电流的75%-80%)有如下缺点1、难以把握电泵井实际生产中变化的井况、泵况动态。2、频繁的欠载停机直接影响机组运转时率,造成大量的产量损失。
采用电泵井额定电流65%为标准的整定方法的主要优点是:1、能有效的保障电泵井处于有泵效的生产状态,利于机组的连续运转。2、避免不合理的欠载停机,延长电泵井寿命,提高检泵周期。3、避免不合理的欠载停机,提高电泵井运行时率,减小产量损失。4、生产管理实施上简单有效,易于推广,效益巨大。
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