關(guān)于抽油機(jī)井變頻調(diào)參節(jié)能管理的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐

劉國權(quán)（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

近年來，油田持續(xù)應(yīng)用節(jié)能新技術(shù)、新設(shè)備，提高了節(jié)能設(shè)備挖潛的技術(shù)水平，其中變頻調(diào)速設(shè)備在油田生產(chǎn)中表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性，在油田設(shè)備更新過程中得到廣泛應(yīng)用。以XX 區(qū)塊為例，由于該區(qū)塊處于聚驅(qū)開發(fā)受效后期，調(diào)參工作頻繁[1]，在該區(qū)塊246 口井上安裝了變頻設(shè)備157 口，為了更好的利用變頻設(shè)備實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，針對(duì)該地區(qū)開展變頻器調(diào)參管理節(jié)能實(shí)踐，具有較好的經(jīng)濟(jì)意義[2]。

1 變頻器工作原理

變頻器是通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。主要工作原理（圖1）：輸入側(cè)工頻交流電源經(jīng)整流電路轉(zhuǎn)換成直流電，直流電經(jīng)中間電路濾波后送到逆變電路；控制電路主要是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖，控制逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換成頻率可變的交流電。

2 變頻器調(diào)參節(jié)能試驗(yàn)

通過現(xiàn)場(chǎng)變頻器使用情況反映，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)參方便，減少了調(diào)參換皮帶輪時(shí)間和措施工作量[3]。但是變頻調(diào)小參數(shù)節(jié)能包括調(diào)小參數(shù)和變頻器節(jié)能兩方面[4]，為確定變頻器節(jié)能效果和摸索調(diào)參方法，在XX區(qū)塊S1井采取同工況改變變頻器頻率能耗測(cè)試，首先采用輪徑4 次進(jìn)行試驗(yàn)，再采用5 次輪進(jìn)行試驗(yàn)，同參數(shù)變頻節(jié)能測(cè)試見表1。

對(duì)比 4 次輪 50 Hz 與 5 次輪 38.9 Hz 同沖次情況下，變頻器節(jié)電4.06 kWh；對(duì)比4 次輪37.5 Hz 與5 次輪30 Hz 同沖速情況下，變頻器節(jié)電5.11 kWh。對(duì)比4和5次輪50 Hz情況下工頻運(yùn)轉(zhuǎn)能耗較低。通過同參數(shù)情況下，得出兩點(diǎn)結(jié)論：一是工況允許情況下，變頻器頻率越低，節(jié)能效果越明顯的認(rèn)識(shí)；二是變頻器在50 Hz條件下運(yùn)行，應(yīng)使用工頻生產(chǎn)。

圖1 變頻器基本原理

表1 同參數(shù)變頻節(jié)能測(cè)試

3 現(xiàn)場(chǎng)變頻器調(diào)參節(jié)電管理實(shí)踐

3.1 措施方案

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變頻調(diào)參經(jīng)驗(yàn)，變頻器調(diào)小頻率可降低電源頻率，相當(dāng)于使用小一級(jí)電動(dòng)機(jī)，同時(shí)能夠提高功率因數(shù)[5]；但由于變頻器的工作頻率范圍是20～60 Hz，電動(dòng)機(jī)額定頻率為50 Hz，因此，電動(dòng)機(jī)不宜在過低頻率[3]和高頻率下運(yùn)轉(zhuǎn)，頻率過低速度太低散熱不好，易燒電動(dòng)機(jī)；頻率過高磨損加大，扭矩降低。按照上述思想，結(jié)合該區(qū)塊單井情況和拖動(dòng)設(shè)備應(yīng)用情況，采取同井號(hào)工頻條件換電動(dòng)機(jī)皮帶輪調(diào)參，變頻條件采取變頻調(diào)參，變頻配合皮帶輪調(diào)參三種措施，對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)調(diào)參的節(jié)電效果，摸索更經(jīng)濟(jì)合理的變頻調(diào)參方法。

3.2 措施井效果及分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，x1 井日產(chǎn)液12.4 t，泵徑44 mm，沖程2.5 m，沖次6 次/min，理論排量32.85 t/d，泵效37.75%，測(cè)試功圖顯示供液不足（圖2）[6]，有功功率曲線顯示存在負(fù)功（圖3）[7]，電動(dòng)機(jī)為普通三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，皮帶輪為6次輪，控制柜為變頻調(diào)速裝置[8]，日能耗143.59 kWh。結(jié)合地面參數(shù)情況，有下調(diào)余地[9]，計(jì)劃調(diào)整為4 次輪，按照措施方案實(shí)施以下調(diào)參節(jié)能管理措施。具體措施及效果見表2、調(diào)后有功功率曲線見圖4。

圖2 測(cè)試功圖

措施井效果分析：在相同工況下，利用變頻裝置實(shí)施參數(shù)調(diào)整，調(diào)參節(jié)電效果比較明顯。其中沖次為4次/min情況下，運(yùn)用4次輪進(jìn)行50 Hz變頻和工頻條件下電量消耗對(duì)比，變頻器日耗電多2.4 kWh；應(yīng)用5、6、7.5次輪電量都有不同程度下降，證明在皮帶輪大?。紤]皮帶包角、機(jī)型）允許的情況下，變頻可在20～50 Hz范圍內(nèi)，選擇低頻大輪運(yùn)轉(zhuǎn)方法，充分發(fā)揮變頻效果，且調(diào)參后功率曲線有所改善，電動(dòng)機(jī)輸出功率趨于平緩狀態(tài)[10]，也有一定的節(jié)電效果。以應(yīng)用5 次輪頻率34 Hz 和7.5 次輪頻率27 Hz 對(duì)比，單井日耗電9.1 kWh，節(jié)電率為8.16%，按照電價(jià)0.637 1元/kWh計(jì)算，日節(jié)約費(fèi)用5.79元/d。XX區(qū)塊有變頻設(shè)備157口井，按大輪小參的參數(shù)優(yōu)化方式，節(jié)電率按照8%計(jì)算，年可節(jié)約電量50.37×104kWh，可節(jié)約電費(fèi)32.09 萬元。

圖3 調(diào)前有功功率曲線

表2 具體措施及效果

圖4 調(diào)后有功功率曲線

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）在相同工況下，針對(duì)應(yīng)用變頻器的井，按照大皮帶輪低頻率的參數(shù)優(yōu)化方式，在不改變參數(shù)的前提下，能夠達(dá)到較好的節(jié)電效果，節(jié)電率可達(dá)到8%左右。

2）在參數(shù)調(diào)整過程中，使用變頻器實(shí)施參數(shù)調(diào)整，按照變頻的頻率工作范圍20～50 Hz，應(yīng)盡量使用低頻率生產(chǎn)，降低電動(dòng)機(jī)自身損耗實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

3）針對(duì)存在負(fù)功嚴(yán)重井，對(duì)比工頻和變頻情況下的單井能耗，變頻器正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況行下較工頻運(yùn)轉(zhuǎn)能耗高，因此，建議存在負(fù)功嚴(yán)重井采用工頻生產(chǎn)，待負(fù)功消除后恢復(fù)變頻生產(chǎn)。