变频调速技术在油田地面采油系统中的应用

变频调速技术在油田地面采油系统中的应用

鞠鑫烨

（大庆油田有限责任公司第三采油厂第五油矿采油十七队黑龙江大庆163000）

摘要：变频调速技术相对于传统的额定功率电泵简单粗暴的工作方式，灵活可控的变频调速技术在油田作业中的应用大大地节约了油田作业的运营成本，也更好地保护了电泵系统设备免受强大电流的侵蚀，延长了机械设备的使用寿命。油田潜油电泵系统中配备变频调速装置，可以有效扩大潜油电泵的使用范围，大大提高潜油电泵的适应性能，具有显著的节能降耗特点，增加了石油开采企业的经济效益。

关键词：变频调速技术；油田；采油系统

1.变频调速技术在油田应用的必要性

潜油电泵使用的电动机额定电压一般为660V~2000V的三相异步电动机，额定功率通常在37kw~75kw，工作的环境是高温高压、强腐蚀等恶劣条件，一般在地下1km~3km的井底作业，运行的成本很高，潜油电泵电动机在运行时通常存在以下问题：第一，电动机直接启动时冲击电流大，分布电感使系统内反压过高，容易造成系统多处绝缘损伤，使电动机潜油电缆频繁发生故障；第二，是由于井下压力不同，油层深浅不同，采用工频运行方式时，不能有效控制采油速度，使得采油质量难以控制，有时采油含水量过大，甚至伴有泥砂抽出，造成电泵砂卡损坏故障；第三，是由于电泵设计余量偏大，尤其是井下液量不足时，泵产生的油压过高，使泵的使用寿命缩短，增加了维修费用；第四，是由于油田电网地处电网末端，电压不稳，造成潜油电泵损坏现象时有发生；第五，是油田潜油电泵是油田生产的主要高能耗设备之一，平均单井日耗电量超2000KWh。潜油电泵作为油田深井抽油机的动力，无论出自于工艺的要求，还是节电的需要，使用变频调速技术驱动，不仅可以解决上述问题，还可以有效地扩大潜油电泵的适用范围，很大程度上提高潜油电泵的适应性能，还可以节省作业花费。在变频调速时，潜油电泵不产生节流损耗，潜油电泵的变频控制方式采用的恒压频比控制，近似恒磁通控制，在恒压频比的情况下，电动机能始终工作在稳定区域内。因此，提出了变频调速技术在油田潜油电泵中的应用是非常有必要的。

2.潜油电泵系统变频调速技术的优点

为了规避潜油电泵系统的弊病，使其更好地被油田所用，将变频调速技术应用到潜油电泵系统中，终于扭转了这一局面。由于交流电机具有多变量、强耦等参数，实现变频器对交流电机的智能化控制，并且获得较好的控制性能还有一定的困难。由于人工神经网络具有初步的自适应、自组织与自学习能力，来适应实际工作的需要。因此，人工神经网络已成为非线性系统建模的重要技术，并在变频调速控制中取得了一定的成效。变频调速技术彻底改变了传统的额定功率输出的运行方式，使用变频调速技术驱动，能够根据油井的生产实际情况，用变频的方法调节潜油电机的转速，达到改变电泵排量扬程来适应油井的目的这样使得潜油电泵的工作方式变得更为灵活，根据油井的油量来调节潜油电泵的功率，避免了油泵低负载时造成的成本浪费，更避免了遇到“死井“时白耗成本的重大的损失。电力资源的合理利用和避免浪费，也是对自然资源能耗的一种节约，在提升油田生产效益同时也能取得更好的能源与环境效益，而不再是单纯地消耗一种能源去换取另一种能源。变频调速驱动技术相比与两电平输出，得到的电压波形脉冲幅值有较大程度的降低，也大大降低了电压的变化速率，有效地解决了绝缘遭受破坏的问题，输出的电压波形更接近正弦波，所含的谐波更少，同时能够避免轴电压对电动机轴承造成的腐蚀。在油田中的应用在继承传统潜油电泵系统大排量釆液、操作简单管理方便、适用范围广等等优点，为油田采油作业做出了巨大的贡献。技术对提高油田采油质量和产量，减少现场维护费用，降低原油开采成本，节约能源以及提高油田综合经济效益，促进和推广相关产业的发展，具有十分重要的意义。

3.变频调速技术在油田的应用现状

目前，我国大约有20万台抽油机，据有关资料介绍，中石化抽油机井系统效率平均达26%，中石油抽油机井系统效率平均达28%，也就是说我国平均抽油机井系统效率还不足30%，剩余70%的电能就被浪费掉了。此外，抽油机长期在野外工作，工作环境恶劣，加上维护保养到位，抽油机配件容易损坏，电机容易烧坏，可见我国采油系统存在能耗大、效率低、自动化程度低，故障率高等问题。由于大部分油井已经开采了较长一段时间，而抽油机的冲程、冲次、活塞的直径、电机的安装容量、泵挂深度等在油井投产初期已经配置好，在开采后期没有及时进行调整，致使抽油机的工作能力是一个固定不变的定量，抽油机无法对负荷的变化做出及时的响应。对于许多无效低产老井，产液量相对于投产初期已严重不足，甚至只有投产初期产量的百分之几，抽油机抽取水平严重不足，抽油机常常在轻载或空载状态下运行。在生产过程中，主管设备的领导也认识到这方面的问题，要求在选配电机功率，抽油机工作参数，抽油泵参数等方面进行调整，但受人力、物力以及其它方面的限制，人工干预总是滞后于地层供液情况的变化，而要解决的根本问题是使抽油机的工作能力能够动态的响应载荷的变化，以提高抽油机井的系统效率和降低能耗。在油田大面积推广应用智能化程度较高的变频调速技术，是开展节能降耗工作的主要选择。经过十几年的努力，变频控制器的研发和应用已初见成效。

4.运用变频调速技术对地面采油系统的影响

4.1保障电网的运行安全

变频调速技术能有效提高电网供电质量。将变频调速技术应用到地面采油系统中，除了可以依靠PLC控制器补偿基本能量，更可以从根本上降低无功功率和有功功率。当系统开始运行时，电压会从0逐渐增加到额定电压，这期间变频调速技术就可以使电机启动实现平滑启动，摒除了电网因瞬间启动而遭受的冲击。

4.2适应周边环境的能力强

由于油田矿场一般都地处环境较为严酷的区域，因此想要在这种环境下保证采油效率就应当对变频器提出较高要求。为此，在变频器的选择上应注意使用质量有保障的厂家生产的规格较高的变频器，另外，变频器的运行环境也需要保障，可以增加温控系统，这样无论机箱内温度过高还是过低，都可以通过温控系统保证其在规定温度下运行。

4.3减少噪音污染，保证周边环境质量

当利用变频调速技术对油田地面采油系统进行改造后，抽油机的运行频率较原来相比大大降低，设备发出的噪音明显减小，因此若是油田周围有居民区也无需再担心造成噪音污染。传统的抽油机在冲次的调节上有很大的局限性，通过变频调速技术改造后的系统可以实现智能化控制调整冲次，不仅省时省力，还能提高工作效率。

5.结束语

潜油电泵系统变频调速技术本身也衍生出了一些附带的新生的问题，这也说明了该项技术还处于发展和改进的阶段，尚未完善成熟。当然，相对于这些新生的问题，它为油田作业带来的巨大经济效益和环境效益是显而易见的，因此，潜油电泵系统变频调速技术应该更为广泛普遍地应用到油田工程，并在实际应用之中得到不断地优化、改进，最终成为一套完善的，能够更好地为油田采集工程开源节流的能源开采系统。

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