變頻器應(yīng)用于潛油電泵井的節(jié)能效果

張 權(quán)

（大慶油田裝備制造集團(tuán)力神泵業(yè)有限公司監(jiān)測中心，黑龍江大慶 163000）

0 引言

目前國內(nèi)油田開采主要使用的機(jī)械舉升方法包括抽油機(jī)、潛油電泵以及螺桿泵3 類，其中應(yīng)用最廣泛的是潛油電泵，因?yàn)樗兄笈帕?、高效率、運(yùn)行周期長等優(yōu)勢。在一些出液量較大的油井中，潛油電泵的這些優(yōu)點(diǎn)是其他兩種方式所不能代替的，它是油田穩(wěn)定開采的關(guān)鍵之一。但是就當(dāng)今的情況分析，國內(nèi)大多數(shù)油田都已步入開采生產(chǎn)后期，含水量開始增加，在日常開采中使用潛油電泵這一方式已經(jīng)出現(xiàn)了一些泵組配置和油井生產(chǎn)開采的變化情況不協(xié)調(diào)的問題。主要表現(xiàn)在潛油電泵揚(yáng)程設(shè)計(jì)較為單一，而功率卻普遍偏高，造成電能的浪費(fèi)。這些問題阻礙了潛油電泵在油田開采中的應(yīng)用，也與現(xiàn)在環(huán)保節(jié)能的理念不符。為此，可以采取在潛油電泵中加用變頻器的方法，以滿足油田開采的能耗要求。

1 變頻器技術(shù)特性

使用變頻器可以實(shí)現(xiàn)對潛油電泵的軟啟動，能在啟動過程中實(shí)現(xiàn)平滑運(yùn)轉(zhuǎn)，減少沖擊電流對機(jī)組造成的損害。變頻技術(shù)，顧名思義就是改變頻率的功能。通過這一功能提高電泵機(jī)組在多種工作狀態(tài)下的功率因子，實(shí)現(xiàn)潛油電泵油壓的適當(dāng)調(diào)整，通過這兩個(gè)調(diào)節(jié)，讓電泵避免一直在高壓下運(yùn)行。在應(yīng)用潛油電泵油井的實(shí)際工作中，變頻器能夠自動按照油井的運(yùn)行情況調(diào)整電機(jī)工作狀態(tài)，確保整個(gè)油井處于一個(gè)動態(tài)穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)，控制油井智能化運(yùn)行，同時(shí)也節(jié)省人力，使?jié)撚碗姳糜途梢栽跓o人狀態(tài)下自動運(yùn)行。在這種全智能化化的控制模式下，潛油電泵可自實(shí)現(xiàn)追蹤溫度閉環(huán)系統(tǒng)，在部分含油量比較豐富的油井中，使用變頻器、變頻技術(shù)能更有效率、更高產(chǎn)。含油量比較少的油井應(yīng)用變頻技術(shù)，減少了因電泵機(jī)組故障而停止開采的次數(shù)，增加產(chǎn)量、節(jié)省能源。另外，若油井含砂量高，通過變頻器能將砂子排出，防止砂子進(jìn)入機(jī)器中導(dǎo)致?lián)p壞，從而可以延長潛油電泵使用周期；對于一些含氣的油井，使用變頻技術(shù)可以提高電機(jī)的運(yùn)行速度，還能降低電泵運(yùn)行過程中出現(xiàn)氣鎖現(xiàn)象的頻率。

根據(jù)實(shí)際工作情況，將變頻技術(shù)合理應(yīng)用于潛油電泵，可最大程度地減輕潛油電泵機(jī)組電機(jī)發(fā)熱的狀況（因?yàn)槟壳皣鴥?nèi)使用的潛油電泵多數(shù)實(shí)際功率因數(shù)比較低，一般＜0.8，所以會產(chǎn)生較大的無功功率，使電機(jī)發(fā)熱）。進(jìn)而控制電機(jī)相關(guān)部件的磨損情況，使電機(jī)處于平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，延長電機(jī)的使用壽命，而變頻系統(tǒng)所具有的保護(hù)功能也能實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的全方位保護(hù)，增加使用年限。

2 變頻技術(shù)的應(yīng)用

一般來說，電泵工作時(shí)，機(jī)組應(yīng)達(dá)到80%～120%的工作效率。但在實(shí)際工作中，隨著油田的開采工作步入后期階段，總產(chǎn)量出現(xiàn)較大的波動，因此，電泵機(jī)組可能出現(xiàn)運(yùn)行不合理的問題，極大地?fù)p害了機(jī)組的使用壽命。而且，如果潛油電泵在運(yùn)行過程中只使用油嘴進(jìn)行產(chǎn)液量的調(diào)節(jié)，對處于開采后期階段的油井來說，要完成變化產(chǎn)液量的需求非常困難。如果為了在運(yùn)行過程中達(dá)到變化產(chǎn)液量的需求而更換電泵機(jī)組，會浪費(fèi)有限的資金。因此，為高效完成油井生產(chǎn)任務(wù)，必須使用變頻技術(shù)對潛油電泵的電泵機(jī)組進(jìn)行合理調(diào)整。

2.1 變頻技術(shù)工作原理

只有變頻技術(shù)合理地應(yīng)用于電泵機(jī)組，才能充分發(fā)揮變頻技術(shù)的優(yōu)勢，對油井生產(chǎn)過程進(jìn)行全程智能化監(jiān)控，包括機(jī)組運(yùn)行狀況和油井實(shí)時(shí)產(chǎn)量的全面把控，實(shí)現(xiàn)對潛油電泵電源頻率的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，就是根據(jù)油井的實(shí)際產(chǎn)量，對潛油電泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，進(jìn)一步調(diào)節(jié)潛油電泵多級離心泵的排量，保證潛油電泵機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)與油井的實(shí)際工作狀態(tài)始終處于相互匹配的狀態(tài)，減少無功功率的產(chǎn)生，延長電泵的使用壽命，達(dá)到節(jié)能增效的目的。

變頻器調(diào)節(jié)頻率的范圍較大，一般為30～60 Hz，與變頻器搭配電泵的排量可增加30%，極限可到120%，擴(kuò)寬了電泵排量的有效范圍。在后期油井的開采過程中，產(chǎn)液量會隨時(shí)發(fā)生波動，但在變頻器的有效調(diào)節(jié)下，電動機(jī)始終在合理的范圍內(nèi)運(yùn)行，有效提升了整體機(jī)組的使用壽命。變頻器提高電源頻率，電機(jī)轉(zhuǎn)速就會加快，同時(shí)帶動潛油電泵排量的增加，油井的產(chǎn)量也會隨之升高。同理，當(dāng)變頻器降低電源頻率時(shí)，情況與電源頻率增加時(shí)相反。

分析目前的實(shí)際應(yīng)用情況，現(xiàn)階段潛油電泵使用的變頻技術(shù)主要分為兩大類：一是高壓變頻技術(shù)，另一類是中壓變頻技術(shù)。我國的高壓變頻系統(tǒng)水平處于世界前列，這種系統(tǒng)主要由低壓變頻器、變壓器和濾波器組成。該系統(tǒng)在國內(nèi)外的一些油田已經(jīng)開始使用，并取得了良好的效果，適應(yīng)油井的產(chǎn)量變動，智能化調(diào)節(jié)頻率，保障潛油電泵的運(yùn)轉(zhuǎn)處于合適的范圍，降低因油井產(chǎn)液量改變而更換機(jī)組的頻率，作業(yè)成本得到有效控制。高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)油田高峰期產(chǎn)量增加或再產(chǎn)量不足情況下及時(shí)調(diào)整，保障油井開采工作的有序進(jìn)行。

中壓變頻器對于油井節(jié)能也十分重要，并且其運(yùn)轉(zhuǎn)不需要借助變壓器，因此費(fèi)用較低，可以實(shí)現(xiàn)中壓范圍內(nèi)潛油電泵的頻率調(diào)節(jié)，有效提升產(chǎn)量、降低機(jī)組的損壞情況。

2.2 變頻器在潛油電泵井中的應(yīng)用

以國內(nèi)某油田為例，在5 口潛油電泵井內(nèi)安設(shè)了中壓變頻器，對其實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)展開分析比對。配備中壓變頻器前后分別記錄各項(xiàng)參數(shù)，計(jì)算結(jié)果后得出結(jié)論：應(yīng)用中壓變頻器后，5 口井的平均節(jié)點(diǎn)功率5.41%，無功接電功率46.48%，綜合節(jié)電功率7.23%。并得出，實(shí)際功率因數(shù)增加至平均0.198。應(yīng)用中壓變頻器后的節(jié)能效果顯著，油井整體效率得到很大的提升。

3 結(jié)束語

綜上所述，潛油電泵配備變頻器可實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)液量的合理控制，自動調(diào)節(jié)頻率，使?jié)撚碗姳脵C(jī)組在合理的條件下運(yùn)行。此外，變頻器還實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的軟啟動，避免沖擊電流對機(jī)組和電纜的破壞，同時(shí)可對油壓進(jìn)行適當(dāng)控制，延長機(jī)組的使用年限。