電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化

姚智博（遼河油田公司質(zhì)量節(jié)能管理部）

目前，大部分油田開發(fā)屬于中后期階段，油井供液變化大，受抽油設(shè)備單一性影響，需要定期改變抽油機(jī)工作參數(shù)，不僅現(xiàn)場(chǎng)操作復(fù)雜、頻繁，而且成本較高。使用電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置可以動(dòng)態(tài)改變抽油機(jī)的沖速，根據(jù)抽油機(jī)井的產(chǎn)液量大小和沉沒(méi)度的高低優(yōu)選抽汲參數(shù)[1]，有效解決了這一生產(chǎn)難題。

1 變頻調(diào)速裝置的主要特點(diǎn)

變頻調(diào)速裝置能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，連續(xù)改變抽油機(jī)沖速，滿足油井各階段生產(chǎn)要求的同時(shí)節(jié)約了大量的電能；變頻調(diào)速裝置具有超強(qiáng)的制動(dòng)功率，可以為抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的再生能量提供安全可靠的制動(dòng)能力；具有超寬的溫度適用范圍和野外防雨雪、防風(fēng)砂能力，在野外-30～50 ℃的惡劣環(huán)境中能穩(wěn)定運(yùn)行；過(guò)載能力為額定電流的180%，能適應(yīng)抽油機(jī)井況變化而引起電動(dòng)機(jī)負(fù)載的突發(fā)變故[2]。

2 電動(dòng)機(jī)合理運(yùn)行頻率研究

油井的工況千差萬(wàn)別，應(yīng)根據(jù)抽油機(jī)的產(chǎn)液量大小和沉沒(méi)度的高低優(yōu)選工作參數(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率，使抽油機(jī)井始終在合理的沉沒(méi)度下工作[3]。

從冷43 塊選取了同為45 kW 電動(dòng)機(jī)的6 口抽油機(jī)井進(jìn)行試驗(yàn)，如油井參數(shù)有變化，隨時(shí)監(jiān)測(cè)功圖和液面。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選井

初期階段，根據(jù)6 口抽油機(jī)井的產(chǎn)液能力把電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率調(diào)到適合各井的運(yùn)行范圍，6 口井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1、圖1。

5 d 為一試驗(yàn)周期，根據(jù)運(yùn)行頻率和抽油機(jī)井的各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)依據(jù)試驗(yàn)情況對(duì)比的數(shù)據(jù)，在原頻率上各井上下微調(diào)頻率，摸索最佳的生產(chǎn)參數(shù)，見(jiàn)表2。

根據(jù)6 口井的產(chǎn)液、沉沒(méi)度和耗電的變化，進(jìn)行頻率調(diào)整，逐步摸索較為合理的生產(chǎn)參數(shù)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程

從6 口井的產(chǎn)液變化情況分析，其中104-566井運(yùn)行頻率從34.7 Hz 逐步提高至45 Hz，產(chǎn)液量也從22.63 t/d 逐步上升至26.15 t/d，每天增加了3.52 t產(chǎn)液量。從每個(gè)周期監(jiān)測(cè)液面情況看，沉沒(méi)度穩(wěn)定在900 m 左右，在調(diào)到45 Hz 時(shí)，產(chǎn)液量為26.15 t，微調(diào)增加運(yùn)行頻率，但產(chǎn)量并無(wú)明顯增加。又把頻率下調(diào)至40 Hz，降低了5 Hz，沖速2.6 min-1，產(chǎn)液量由26.15 t/d 降至25.68 t/d，只減少了0.53 t，液量一直穩(wěn)定在25 t/d，含水為91%。說(shuō)明40 Hz 是本井的最佳運(yùn)行參數(shù)。

其中88-554 井，第一周期產(chǎn)液量為6.2 t/d，運(yùn)行頻率為45.2 Hz，沉沒(méi)度持續(xù)下降至120 m 左右，由于本井動(dòng)液面持續(xù)下降，把運(yùn)行頻率下調(diào)至35 Hz，沖速1.9 min-1，監(jiān)測(cè)液面后，沉沒(méi)度穩(wěn)定在120 m左右，產(chǎn)液量穩(wěn)定在5 t/d 左右。本井雖然從6.2 t/d降至5 t/d，但動(dòng)液面初期卻持續(xù)下降，后期下調(diào)頻率幅度達(dá)10 Hz，但產(chǎn)液量能夠穩(wěn)定在5 t/d，認(rèn)為本井是在最佳狀態(tài)下生產(chǎn)。

表1 試驗(yàn)井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表2 6 口試驗(yàn)井的頻率與產(chǎn)液量的對(duì)應(yīng)情況

圖1 產(chǎn)液量對(duì)比柱狀圖

2.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)4 個(gè)周期的運(yùn)行調(diào)整，6 口抽油機(jī)井運(yùn)行頻率控制在35 Hz 至40 Hz 之間，各油井的動(dòng)液面都可以在一段時(shí)間內(nèi)維持在一定范圍內(nèi)，保障了油井的連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)和抽油機(jī)井設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。冷43-104-566 井平均增油2.4 t/d， 冷43-98-662 井平增油1.35 t/d，2 口井增油效果明顯。冷43-98-564 井和冷43-86-560 井經(jīng)過(guò)摸索，與試驗(yàn)的最高運(yùn)行頻率下調(diào)2 Hz 至5 Hz 產(chǎn)液量也能維持穩(wěn)產(chǎn)，達(dá)到了節(jié)能效果。冷43-94-560 井和冷43-88-554 井由于沉沒(méi)度較低，運(yùn)行頻率調(diào)整到35 Hz，保障了動(dòng)液面的穩(wěn)定，雖然產(chǎn)量還是穩(wěn)產(chǎn)階段，但還需要持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)控制生產(chǎn)參數(shù)。

3 運(yùn)行頻率的調(diào)整對(duì)耗電量的影響

以前，抽油機(jī)井調(diào)整沖速是靠更換電動(dòng)機(jī)皮帶輪的方式來(lái)調(diào)整，安裝變頻裝置后，沖速調(diào)整只需要調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可收到較好的效果。在試驗(yàn)的6 口抽油機(jī)井，其中104-556 井和98-662 井安裝有電度表，在調(diào)整這2 口井的頻率時(shí)，錄取了電度表的底數(shù)，并做了單井的噸液耗電對(duì)比，見(jiàn)圖2。

圖2 單井的噸液耗電對(duì)比

如圖2 所示，104-566 井第四周期頻率是40 Hz時(shí)，噸液耗電為9.34 kWh/t，與試驗(yàn)最高峰時(shí)的噸液耗電10.32 kWh/t 降低了0.98 kWh/t。98-662 井第四周期頻率是42 Hz時(shí)，噸液耗電為29.87 kWh/t，與試驗(yàn)最高峰時(shí)的噸液耗電31.02 kWh/t 降低了1.15 kWh/t。從節(jié)能效果看，2 口井第四周期運(yùn)行的參數(shù)已在最佳的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行。

4 抽油機(jī)泵效的前后對(duì)比

由于采用變頻技術(shù)的抽油機(jī)井，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整抽油機(jī)沖速，試驗(yàn)的6 口抽油機(jī)井的沖速都控制在1.7～2.7 min-1范圍內(nèi)。隨著沖速的降低，增加了油層液體向泵筒內(nèi)流動(dòng)的時(shí)間，泵筒充滿程度增加，提高了油井的泵效，增加了油井的產(chǎn)量。在試驗(yàn)中，計(jì)算了不同周期的泵效，并做了對(duì)比，見(jiàn)圖3。

在4 個(gè)運(yùn)行周期中，從最后確定的運(yùn)行參數(shù)上看，6 口井中的5 口井泵效的效果都比較好，只是98-564 井泵效比較低，測(cè)試功圖上顯示泵固定閥微漏，影響了泵效。

圖3 試驗(yàn)井泵效對(duì)比

5 認(rèn)識(shí)

1）安裝了變頻調(diào)速裝置的抽油機(jī)井，可根據(jù)油井的供液情況，連續(xù)、任意調(diào)整抽油機(jī)的沖速，使現(xiàn)場(chǎng)對(duì)沖速調(diào)整簡(jiǎn)單化，同時(shí)保障油井處于抽汲平衡，達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

2）節(jié)電增油效果顯著，只要摸索出適合抽油機(jī)井的運(yùn)行頻率，就能達(dá)到較好節(jié)電效果。從試驗(yàn)的2 口井（104-556 和98-662）上看，平均降低了1 kWh/t。同時(shí)通過(guò)沖速的調(diào)整，改善了抽油泵的供液能力，提高了泵效，達(dá)到了增油的目的。

3）摸索適合的運(yùn)行頻率，是一項(xiàng)長(zhǎng)期、動(dòng)態(tài)的采油生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)工作，必須經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，隨時(shí)掌握油井的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，才能在不同階段摸索出抽油機(jī)井在最佳的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)、最優(yōu)的運(yùn)行參數(shù)下生產(chǎn)。

[1]王鳳山,朱君,王素玲,等.抽油機(jī)井桿柱振動(dòng)載荷有限元分析[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2006,25(1):85-87.

[2]趙來(lái)軍,倪振文,余國(guó)安,等.抽油機(jī)偏偏控制技術(shù)[J].鉆采工藝,2002,22(6):61-63.

[3]陳東輝,周勝龍.抽油機(jī)變頻裝置合理沉沒(méi)度摸索試驗(yàn)及增產(chǎn)節(jié)能效果分析[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2006,24:61-63.