電泵井變頻技術(shù)的機(jī)械及自動(dòng)化在采油中的應(yīng)用與認(rèn)識(shí)

引言：遼河油田自應(yīng)用電泵井變頻技術(shù)以來(lái)，經(jīng)歷了幾個(gè)不同的階段，對(duì)電泵井的生產(chǎn)起到了很大的影響，本文介紹了電泵井變頻器的發(fā)展情況、工作原理、在電泵井中應(yīng)用的情況及存在問(wèn)題，用于指導(dǎo)變頻技術(shù)將電泵井生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)更好的發(fā)揮出來(lái)。

一、前言

電泵井以其排液能力大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)率、排量效率高和檢泵周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)在油田開(kāi)采中得到廣泛應(yīng)用，隨著油田二次開(kāi)發(fā)進(jìn)入工業(yè)性開(kāi)采，更多電泵井的產(chǎn)液量在注入階段有較大的變化，因此需要隨時(shí)大幅度調(diào)整電泵運(yùn)行參數(shù)來(lái)滿足這一要求，僅單純依靠油嘴調(diào)整，滿足不了調(diào)整的需要，只有通過(guò)更換電泵機(jī)組來(lái)滿足生產(chǎn)需求，這樣投入費(fèi)用高，電泵變頻技術(shù)較好的解決了這一問(wèn)題。本文將對(duì)電泵變頻技術(shù)的技術(shù)原理及適用條件進(jìn)行分析和探討。

變頻器是一種輸出頻率可調(diào)的電力拖動(dòng)設(shè)備，共分低壓（380V）、中壓（950-1250V）、高壓（6000V）三種變頻器，中壓變頻器輸入電壓等于或略高于潛油電機(jī)的工作電壓，變頻器的輸出通過(guò)電纜直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同低壓變頻器相比省掉一臺(tái)升壓變壓器，在節(jié)省投資的前提下提高系統(tǒng)效率。目前遼河廣泛應(yīng)用的主要是中壓變頻器。

二、中壓變頻器的原理

潛油電泵由七個(gè)部分組成：潛油電機(jī)、保護(hù)器、分離器、潛油泵、潛油電纜、控制柜和變壓器。

潛油泵是多級(jí)離心泵，由離心泵的特性可知，離心泵的排量，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速有關(guān)，要想改變離心泵的排量和揚(yáng)程，可以通過(guò)改變泵轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。

1、轉(zhuǎn)矩提升性

變頻器和電機(jī)相距較遠(yuǎn)，在低速運(yùn)行或起動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩就有可能不足，變頻器可通過(guò)增加轉(zhuǎn)矩提升值達(dá)到轉(zhuǎn)矩提升，受電機(jī)影響，此值設(shè)定為10%較為合理（由于此值設(shè)定過(guò)大，電機(jī)會(huì)過(guò)熱）。

2、軟啟動(dòng)性

變頻器可設(shè)定加速時(shí)間和減速時(shí)間。潛油電泵與變頻器配套使用后，變頻機(jī)組的啟動(dòng)頻率和運(yùn)轉(zhuǎn)頻率可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。啟動(dòng)頻率可以調(diào)在10Hz低頻率狀態(tài)下進(jìn)行軟啟動(dòng)，而這時(shí)的起動(dòng)電流遠(yuǎn)小于非變頻機(jī)組的起動(dòng)電流。機(jī)組起動(dòng)之后頻率隨著時(shí)間成正比線性上升，同時(shí)變頻后的輸出電流、電壓跟隨著頻率的不斷變化，平穩(wěn)的增加到額定值。有效的避免了每次起動(dòng)因強(qiáng)大起動(dòng)電流的沖擊給機(jī)組的絕緣造成損傷和破壞，也因?yàn)槠饎?dòng)電流減小所以穩(wěn)定了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

3、變頻性

傳統(tǒng)的電機(jī)工作頻率是50Hz，應(yīng)用變頻器后的理論輸出頻率可達(dá)0-80Hz，在實(shí)際應(yīng)用中由于要考慮到電泵電機(jī)的承受能力一般應(yīng)用在35Hz-55Hz之間（頻率小于35Hz，電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn);頻率大于55Hz，額定電流超過(guò)電機(jī)的額定電流，電機(jī)易損壞），擴(kuò)大了工作范圍。

4、潛油電泵變頻后的特性曲線

該曲線說(shuō)明：在潛油電泵揚(yáng)程一定的情況下，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率越大，電泵井產(chǎn)量越高。

三、電泵變頻后參數(shù)計(jì)算

Q1=Q（

60f1×（1-S1）P1

）

60f×（1-S）P

1、排量、揚(yáng)程、功率的計(jì)算：

由公式

Q1=Q（

f1

）

f

而式中的S、P對(duì)于同一臺(tái)電機(jī)而言是固定不變的，即S1=S，P1=P，所以上式可化為

可得到變頻后揚(yáng)程、功率的公式

H1=H（

f1

）2

f

P1=P（

f1

）3

f

式中：Q1、H1、P1、f1——調(diào)頻后的實(shí)際排量、揚(yáng)程、功率、頻率

Q、H、P、f——調(diào)頻前的額定排量、揚(yáng)程、功率、頻率

η1=（

Q日

）=（

Q日f(shuō)

）

Q1

Qf1

2、排量效率的計(jì)算：

3、合理過(guò)欠載值的設(shè)定

電泵機(jī)組安裝變頻器后的過(guò)、欠載值以調(diào)頻后的實(shí)際運(yùn)行電流為基準(zhǔn)，過(guò)載值為實(shí)際運(yùn)行電流的1.2倍，欠載值為實(shí)際運(yùn)行電流的0.8倍。

四、電泵變頻后合理工況的制定方法

安裝變頻器后電機(jī)能夠正常工作，無(wú)過(guò)、欠載停機(jī)現(xiàn)象。"安裝變頻器后要求測(cè)試隊(duì)一天復(fù)測(cè)一次動(dòng)液面，連續(xù)測(cè)五天，觀察動(dòng)液面的變化情況。動(dòng)液面恢復(fù)穩(wěn)定后，要求安裝變頻器的電泵井流壓保持在3.5MPa左右，沉沒(méi)度保持在350米左右為合理工況，如未達(dá)到要求，可繼續(xù)調(diào)整頻率直至達(dá)到要求。

分析上調(diào)頻井無(wú)效的原因：

1、受電機(jī)的影響，一方面目前我廠電泵機(jī)組均是電泵廠根據(jù)油田的實(shí)際需求經(jīng)過(guò)科學(xué)計(jì)算匹配組成的，這些電機(jī)在泵排量效率達(dá)到90%以上時(shí)，運(yùn)行電流接近或達(dá)到電機(jī)的額定電流，如上調(diào)頻率過(guò)大容易導(dǎo)致電機(jī)的運(yùn)行電流超過(guò)了額定電流，電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，容易燒電機(jī);電機(jī)轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，上調(diào)頻率時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)增加，電機(jī)發(fā)熱量同時(shí)增加，造成電機(jī)溫升過(guò)高，加速絕緣老化，容易燒電機(jī)，所以上調(diào)頻率不易過(guò)高。

2、由于采出液中聚合物含量較高，容易產(chǎn)生滑脫，從而導(dǎo)致上調(diào)頻率時(shí)雖然轉(zhuǎn)速上升但產(chǎn)量不升，液面仍抽不下去的現(xiàn)象。

五、結(jié)論

1、變頻控制柜和普通潛油電泵機(jī)組配套使用，可以擴(kuò)大潛油電泵的應(yīng)用范圍，提高它的適應(yīng)能力，在油嘴縮至最小仍無(wú)法正常生產(chǎn)的情況下，通過(guò)安裝變頻器下調(diào)頻率可恢復(fù)大部分油井的正常生產(chǎn)。

2、可以通過(guò)頻率調(diào)整對(duì)潛油電泵的最佳工作條件進(jìn)行摸索，使?jié)撚碗姳脵C(jī)組在最佳條件下運(yùn)行，減少機(jī)組的磨損和電氣絕緣的老化。潛油電泵通過(guò)安裝在變頻控制柜內(nèi)的變頻系統(tǒng)，根據(jù)油井的實(shí)際生產(chǎn)情況，改變電源的工作頻率，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)潛油電泵的排量，使?jié)撚碗姳玫奶匦院陀途a(chǎn)能力相匹配。

3、變頻裝置的軟啟動(dòng)性有效的避免了每次起動(dòng)因強(qiáng)大起動(dòng)電流的沖擊給機(jī)組的絕緣造成損傷和破壞，也因?yàn)槠饎?dòng)電流減小，穩(wěn)定了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

4、變頻器的上調(diào)與下調(diào)效果相比較，下調(diào)效果明顯好于上調(diào)。

參考文獻(xiàn)

[1]杜林輝，丁磊，田景，李安國(guó)，陳福灣.電潛泵井憋壓法計(jì)算動(dòng)液面技術(shù)及其應(yīng)用[J].石油鉆采工藝.2011（03）.

[2]曹文江，金顯軍，王愛(ài)君，鄧燕霞.高效氣液離心泵在埕島油田電泵井中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊）.2011（11）.

[3]鄧燕霞.海上油田電泵提液配套技術(shù)[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量.2011（11）.

（作者單位：遼河油田分公司沈陽(yáng)采油廠）