Unidad de bombeo de yacimientos petrolíferos Solución

1. Resumen

La unidad de bombeo de balancín, comúnmente conocida como "burro asintiendo", es el equipo principal en la industria de bombeo de petróleo, de la cual el número llega a más de 100 mil unidades. La capacidad instalada total del motor es de 35 millones de kW, y el consumo de energía anual es de más de diez mil millones de grados. El consumo de energía de la unidad de bombeo es aproximadamente el 40% del consumo total de energía en los campos petroleros y, por lo tanto, la eficiencia es muy baja. Con una eficiencia de operación promedio del 25% y un bajo factor de potencia, conduce a un gran desperdicio de energía. Por lo tanto, el potencial de ahorro de energía de "burro que asiente con la cabeza" es muy considerable, y las industrias petroleras también se convierten en un punto clave de la promoción del "sistema de motor de ahorro de energía". Este artículo presenta el uso de la tecnología de control de frecuencia, que hace que el movimiento de la unidad de bombeo se adapte al cambio de pozo de petróleo, promoviendo la eficiencia del sistema y logrando el objetivo de ahorro de energía y aumento del rendimiento.

2. Requisitos del proceso

1. La unidad de bombeo de eje de viga es la más utilizada en China y consta de tres partes:

(1) parte de tierra: compuesta por motor, reductor y cuatro bielas;

(2) partes subterráneas: bomba de aceite (válvula de succión, cilindro de bomba, émbolo y válvula de drenaje), que cuelga en el extremo inferior del buje;

(3) sarta de varillas de bombeo: la parte central que conecta la unidad de bombeo terrestre y la bomba de aceite subterránea.

2. La carga del motor cambia de acuerdo con el ciclo de "burro que asiente con la cabeza": al arrancar, la carga es excelente y el par de arranque requerido también es excelente. En funcionamiento normal, el índice de carga es muy bajo, rondando el 20% en general, y el 30% cuando es alto. Hay 2 valores máximos en la curva de carga del motor, respectivamente en los puntos muertos de carrera ascendente/descendente. En ausencia de equilibrio, la carga en la carrera de subida/bajada es extremadamente desigual. Durante la carrera ascendente, necesita levantar la sarta de varillas de bombeo y la columna de líquido, para lo cual se necesita una gran cantidad de energía del motor. Durante la carrera descendente, la sarta de varillas actúa sobre el motor y hace que el motor entre en el estado de generación de energía. Por lo general, con un bloque de equilibrio en el cigüeñal de la unidad de bombeo, el desequilibrio de carga podría eliminarse en la carrera de subida/bajada. Cuanto mejor es el ajuste del bloque de equilibrio, menor es el tiempo y la energía generada en el estado de generación de energía. La carga de bombeo cambia todo el tiempo, pero es imposible que el peso de equilibrio cambie exactamente igual que la carga de succión, por lo que para la mayoría de las unidades de bombeo, el peso está en grave desequilibrio, lo que lleva a un gran impacto actual, de los cuales el valor máximo puede ser 5 veces la corriente de trabajo, e incluso hasta 3 veces la corriente nominal. Y con un buen ajuste del contrapeso, la corriente de impacto podría reducirse a 1,5 veces la corriente normal de trabajo.

Característica de carga: una operación de velocidad constante; Estado de generación 2 veces en un ciclo para par variable y carga de potencia variable debido al peso, gran par de arranque y gran inercia.

El problema común en los campos petroleros domésticos cuando se usa una unidad de bombeo: funcionamiento a largo plazo, gran capacidad de conducción, baja eficiencia, gran consumo de energía, ajuste inconveniente para carrera y frecuencia de carrera y bombeo vacío.

3. Soluciones de Productos VEICHI  

Hay muchos intentos de transformación de frecuencia variable para la unidad de bombeo, pero todos fallaron. Los principales problemas son los siguientes:

(1) Hay 2 estados de generación en un ciclo para la unidad de bombeo, y especialmente cuando el peso está desequilibrado, el voltaje de la bomba es alto. No elimina por completo el problema aumentando el condensador electrolítico del lado de CC o reduciendo la resistencia de frenado, y el voltaje de la bomba también cambia con el cambio de aceite.

(2) Necesita un par de arranque mayor cuando arranca la unidad de bombeo, y es fácil que se produzca un desbordamiento o un fallo de arranque con una configuración de parámetros incorrecta.

(3) Rara vez se considera que la superficie del aceite y la concentración de aceite cambian en el antiguo diseño de transformación de frecuencia variable, lo que tiene un efecto negativo en el aumento de la producción.

4.VEICHI provides the following solutions for transformation problems of pumping unit :

(1) Adopt frequency control technology to match the motor speed and load . In the primary mining of wells, considering the large oil capacity, inverter will runs at 65.00Hz, and the motor speed will  increase by 30%. The oil recovery rate is 20% higher than power frequency, and the work efficiency will increase by 1.2 times. In the middle and later wells, the oil capacity decreases, so that it needs to reduce the rotation speed and strokes. Generally inverter runs at 35 ~ 40.00Hz, and the motor speed will decrease by 30%. The power saving rate is up to 25%, and thus the power factor is promoted.

(2) Dynamic adjustment for the stroke frequency of pumping unit. With the oil extraction from the shallower to the deeper, the oil capacity decreases, so that the pump filling degree will be insufficient and the pump efficiency will decrease. When the supply capacity of oil well is less than the displacement of pump, there will be empty pumping and liquid hammer. Reducing the frequency, decreasing motor speed, and improving the fullness degree ,will not only save energy, but also increase crude oil production.

(3) Dynamic adjustment for up / down stroke speed of pumping unit. Appropriately reduce  the down stroke speed to improve the fullness degree of the pump and increase up stroke speed, which could reduce the leakage coefficient of ascension, and makes the pumping unit work in the best state, so that effectively improve the yield of crude oil per unit time.

(4) Large start-up torque, low running load and large impact current. To fundamentally solve the problems, it needs to increase the poles pairs of motor or increase the speed ratio of reducer, and increase the output torque. Normally inverter runs at 80 ~ 90.00Hz, which also helps to reduce the energy in power generation state and reduce the pumping voltage.

(5) Treatment of regenerative energy. Increase the capacity of filter capacitor at DC side; reduce the value of braking resistance; increase the power consumption of braking system; or directly use the feedback brake to reduce the energy loss; while in power generation, the frequency increases.

(6) No empty pumping, and dynamic adjustment of up / down stroke speed and stroke frequency. Set the rated value and real-time detect the motor output power to control motor speed. Accelerate if it is greater than the standard value, otherwise decelerate to achieve closed-loop control.

5. Conclusion

The application of AC80C inverter in oilfield pumping unit is highly praised by customers because of its superior energy-saving effect and production efficiency. The specific advantages are the following three points:

1. Large start-up torque. AC80C could achieve the large torque when starting at the up stroke of pumping unit with its superior start-up effect;

2. Good braking function. AC80C could solve the energy feedback at down stroke of pumping unit with its good braking performance;

3. Excellent energy-saving effect. AC80C could adjust reasonably according to the speed in different working conditions of pumping unit, which greatly solves the electrical energy needed for production and optimizes the production process.