淺談變頻調(diào)速技術(shù)在三次采油中的應(yīng)用和意義

戴海峰

（渤海石油裝備制造有限公司石油機(jī)械廠，河北 滄州230041）

以往我國石油開采行業(yè)絕大多數(shù)油田開采依靠的都是一次采油技術(shù)。一次采油技術(shù)是在原油初次開采時，利用井下壓力使原油和天然氣自噴而出。這種原始的開采方式對設(shè)備和技術(shù)的要求比較低，一般應(yīng)有于油田開發(fā)的初期。油田經(jīng)過一次采油技術(shù)開采后，地下壓力的變小，原油井下壓力不足以使原油和天然氣自噴，要對油井繼續(xù)開采，就必須使用二次采油技術(shù)。二次采油技術(shù)是通過向地下注水增加井下壓力，將原油和天然氣驅(qū)出。目前我國部分油田已經(jīng)采用了二次采油技術(shù)。由于各大油田的開發(fā)進(jìn)程不一，一些開發(fā)力度大的油田，也已經(jīng)進(jìn)入二次采油晚期，向地下注水的采油率不足百分之五，綜合計算初次原油采集和二次原油采油的采集率也剛剛超過百分之三十。因此，為了保證油井的采油率，三次采油技術(shù)的采用變得非常必要。各大油田進(jìn)行三次采油，既可以維持原油穩(wěn)定，減緩油田衰老速度，提高原油采收率，又符合我國能源戰(zhàn)略要求。

1 三次采油概述

（1）三次采油的原理。三次采油技術(shù)是在油田經(jīng)過一次和二次采油之后進(jìn)行的更進(jìn)一步的采油技術(shù)手段，其主要通過改變油井內(nèi)部石油、氣體、水和巖石之間的物理化學(xué)特性的方法，達(dá)到第三次對油進(jìn)內(nèi)的石油進(jìn)行開采目的。

（2）三次采油的現(xiàn)狀。聚合物、微生物、三元復(fù)合驅(qū)油是目前三次采油中運(yùn)用的主要手段，而聚合物是最普遍采用的方法。

聚合物驅(qū)比水驅(qū)增加了一倍的采油率，是東部老油田經(jīng)過二次采油后，油井進(jìn)入高含水后期，保持穩(wěn)產(chǎn)的重要措施之一。大慶、大港、勝利等油田一些開采進(jìn)度比較快的大油田已經(jīng)進(jìn)行了聚合物驅(qū)油，其中大慶油田使用聚合物來進(jìn)行驅(qū)油之后，年產(chǎn)油量已達(dá)一千一百萬噸以上。在三次采油過程中，聚合物驅(qū)油法采用往地下注入聚合物的方法增加油井的采油率方法被國內(nèi)的一些大油田廣泛采用，使聚合物驅(qū)己形成了系統(tǒng)的配套工藝技術(shù)，并且在我國大慶和勝利等東部傳統(tǒng)的大型油田基地中形成規(guī)模較大的工業(yè)化生產(chǎn)。

2 三次采油中的變頻控制技術(shù)

變頻技術(shù)在三次采油中的應(yīng)用，實(shí)際上就是利用變頻器基于上述原理采用電源變換技術(shù)，將電力電子、微電腦控制等技術(shù)集合在采油設(shè)備之上綜合性電氣化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用過程。

油田常用利用聚合物進(jìn)行驅(qū)油，它是利用向油井注入聚合物，提高井下壓力來將井下的原油壓迫出油井。影響聚合驅(qū)油技術(shù)的重要設(shè)備有流量計量、分散裝置和注聚泵。

（1）流量計量設(shè)備通常是采用高壓計量的方式進(jìn)行計量。主要的流量計量工具有電磁、金屬高轉(zhuǎn)子和高壓磁流量計。

（2）聚合物分散裝置的主要功能是將聚合物進(jìn)行充分混合，之后將混合物配置成所需要的黏度、濃度和比例的采油設(shè)備。

（3）注聚泵（圖1）組成包括液力端、動力端、電氣本分和傳動本分。

注聚泵的工作原理：通過電動機(jī)提供動力，利用扭矩轉(zhuǎn)動窄形皮帶和大、小皮帶輪，通過泵過渡至使用速率，通過曲軸的旋轉(zhuǎn)，來驅(qū)使連桿，使旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動轉(zhuǎn)化為來回運(yùn)動，與此同時扭矩轉(zhuǎn)化為聚注泵的沖次，使驅(qū)動柱塞來回運(yùn)動。在柱塞進(jìn)入泵筒向后運(yùn)功過程中，泵中的進(jìn)液閥被打開，同時出液閥被關(guān)閉，泵筒內(nèi)壓力開始變小，壓力迫使液體流入注聚泵，這個液體吸入的過程將延續(xù)至柱塞移動到曲軸一百八十度位置為止。同樣，柱塞進(jìn)入泵筒內(nèi)向前移動的過程中，泵的進(jìn)液閥將會關(guān)閉，同時出液閥將會開啟，泵筒的內(nèi)腔壓力開始變大，泵體內(nèi)的液體將被壓力擠壓。

圖1 注聚泵結(jié)構(gòu)

3 三次采油中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

國內(nèi)多數(shù)的油田都通過變頻調(diào)速這項技術(shù)去調(diào)整泵的沖次。變頻調(diào)速技術(shù)其實(shí)是通過運(yùn)用傳感器來采集數(shù)據(jù)，進(jìn)過模糊控制，預(yù)設(shè)最佳運(yùn)動狀態(tài)，在電機(jī)運(yùn)行保持高效率的前提下，讓機(jī)械采油率維持在最優(yōu)水平。三次采油中運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)，通過更加高效實(shí)用的技術(shù)手段，提高老油田的整體采油率，有助于維持老油田的原油產(chǎn)量的穩(wěn)定。變頻技術(shù)節(jié)約了每日消耗的費(fèi)用，有利于處理后期存在的的采油“空抽”局面，使設(shè)備的磨損減小，有利于增加每口油井的每日采油量；變頻技術(shù)的采用有助于提高采油過程的環(huán)保性，具有極其深遠(yuǎn)的推廣意義，同時也有助于油田向綠色油田的發(fā)展方向前進(jìn)。

變頻調(diào)速技術(shù)是通過改變電動機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。其原理是電機(jī)轉(zhuǎn)速和工作電源輸入頻率成正比，即

其中，

n為轉(zhuǎn)速；

f為輸入頻率；

s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率；

p為電機(jī)磁極對數(shù)。

由式中的函數(shù)表達(dá)可以推測，變頻調(diào)速能夠通過轉(zhuǎn)變電動機(jī)的電源頻率影響電機(jī)轉(zhuǎn)速，也能夠通過轉(zhuǎn)變定子供電頻率影響電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而影響電機(jī)輸出的功率。在調(diào)節(jié)的過程中，日常電機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定的轉(zhuǎn)速，因此可以通過改變頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的頻率，更好的改良電機(jī)的性能。流量在獲取信號之后，先傳遞PID調(diào)節(jié)器，再傳遞到變頻器，經(jīng)過變頻器的輸出信號在PID的面板之上顯示出來。對PID的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，達(dá)到利用信號來調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。經(jīng)過閉環(huán)控制系統(tǒng)的回路時，進(jìn)行流量的調(diào)控。這個設(shè)計具有運(yùn)行平穩(wěn)、控制精度高和低能耗的特點(diǎn)。變頻調(diào)速技術(shù)利用轉(zhuǎn)變電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)去控制泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整油田采油需要的現(xiàn)場的過程參數(shù)，其和采用傳統(tǒng)采油設(shè)備中的閥門調(diào)整相比較，更好地改善了采油設(shè)備實(shí)際中的運(yùn)行工況，提高了設(shè)備操作的方便性。

4 變頻調(diào)速技術(shù)在三次采油中的意義

在三次采油的過程中結(jié)合變頻的調(diào)速技術(shù)，利用壓力流量測試技術(shù)與PIA的控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)量，降低成本，節(jié)能環(huán)保和延長機(jī)器壽命的。通過變頻調(diào)速技術(shù)的改良，采油過程中不僅降低了工作人員的勞動強(qiáng)度，而且減少了在三次采油過程中的繁瑣工作，提高了工作效率，增加了油田整體的采油效率，提高了油井的產(chǎn)量；變頻調(diào)速技術(shù)的采用使采用的機(jī)器設(shè)備工作過程中具有良好的連貫性和密封性，在增加機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)效率的同時，也更加的環(huán)保，減少了油田采油過程中造成的污染問題，符合以后綠色油田發(fā)展的大方向；變頻技術(shù)使采油設(shè)備具有了軟啟動和軟停止的功能，避免了啟動電流大對設(shè)備本身的沖擊。更完整的機(jī)器功能，減少了機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中不必更換其中的零件，從而降低了采油設(shè)備損壞的幾率。更科學(xué)合理的設(shè)備整體設(shè)計，使采油設(shè)備性能更優(yōu)良，使用壽命更長。

5 結(jié)束語

三次采油對穩(wěn)定我國成熟油田的產(chǎn)量有著重要意義。變頻調(diào)速技術(shù)是三次采油中科技對設(shè)備的應(yīng)用升級，其有針對性地解決了傳統(tǒng)采油設(shè)備中存在的一些問題，是三次采油工作取得良好的成績的重要因素之一。變頻調(diào)速技術(shù)在采油的過程中縮減了采油中一些工作過程，如消除了傳統(tǒng)注聚泵使用使更換泵塞的工作，不僅減少了工作量，而且也變相的增加了采油的環(huán)保性。變頻調(diào)速技術(shù)的在三次采油中的重要性，已經(jīng)被國內(nèi)大慶和勝利等大型油田所熟知，在今后的三次采油工作中將會被越來越多的采用。

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