大慶油田 技術(shù)培訓(xùn)中心 杜 倩 邢文靜

大慶石油鉆井二公司 劉 杰

陜西省燃?xì)庠O(shè)計(jì)院 王 飛

目前，在我國(guó)石油開采行業(yè)中，絕大多數(shù)油田開采都是依靠原油初次開采時(shí)的井下壓力使原油和天然氣自噴而出，這種開采方法實(shí)現(xiàn)起來比較容易，對(duì)設(shè)備要求也不高，但是在初次開發(fā)后隨著地下壓力的減小，原油井下壓力逐漸降低，當(dāng)油井無法實(shí)現(xiàn)自噴時(shí)，就需要向地下注水將油驅(qū)出，我國(guó)部分油田已經(jīng)采用了這種二次采油方式。由于目前國(guó)內(nèi)的大多油井都已經(jīng)進(jìn)入二次采油晚期，注入地下水每100 t驅(qū)出的原油不足5 t，即使綜合計(jì)算初次原油采集和二次采集，平均采收率也只有31.2%。因此，三次采油就變得十分重要了，油田進(jìn)行三次采油可以維持原油穩(wěn)定、減緩油田衰老速度，是有效提高原油采收率的重要方法。

一、三次采用中的變頻控制技術(shù)

三次采油主要包括三元復(fù)合驅(qū)油、微生物驅(qū)油和聚合物驅(qū)油等技術(shù)。目前油田最常用的是聚合物驅(qū)油技術(shù)，該技術(shù)通過向油井下不斷注入聚合物來增大井下壓力，當(dāng)井下壓力達(dá)到排出壓力時(shí)，原油就被驅(qū)動(dòng)采出。在國(guó)內(nèi)的三次采油技術(shù)中，聚合物驅(qū)油技術(shù)比較成熟，對(duì)于聚合物驅(qū)油技術(shù)來說，流量計(jì)量、注聚泵以及聚合物分散裝置是最重要的設(shè)備。

1.流量計(jì)量。聚合物驅(qū)油的流量計(jì)量屬于高壓計(jì)量，主要使用電磁流量計(jì)、高壓磁流量計(jì)和金屬高轉(zhuǎn)子流量計(jì)。

2.注聚泵。注聚泵由動(dòng)力端、液力端、傳動(dòng)本分及電氣本分組成。電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力端，輸出扭矩帶動(dòng)大、小皮帶輪和窄形皮帶，使泵減速到使用速率，由曲軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)連桿，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)扭矩轉(zhuǎn)換為該泵的沖次，從而驅(qū)動(dòng)柱塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)柱塞進(jìn)入向后的行程時(shí)，該泵的進(jìn)液閥被打開，出液閥關(guān)閉，泵筒內(nèi)腔壓力變小，外界壓力使液體進(jìn)入注聚泵，此過程為吸入過程，直到柱塞運(yùn)行到曲軸180°位置為止。與之相反，柱塞進(jìn)入向前運(yùn)行時(shí)，該泵的進(jìn)液閥關(guān)閉，出液閥開啟，泵筒內(nèi)腔壓力逐漸增大，泵體腔內(nèi)的液體受到擠壓，從而將液體排出。注聚泵結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 注聚泵結(jié)構(gòu)

3.聚合物分散裝置。聚合物分散裝置是采油的重要設(shè)備，其作用主要是將聚合物與水均勻充分地混合，并將混合物調(diào)配成所需的濃度、黏度以及比例。

二、變頻調(diào)速的應(yīng)用

目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)油田都采用了變頻調(diào)速技術(shù)來調(diào)節(jié)泵的沖次，變頻調(diào)速技術(shù)利用成熟的傳感器技術(shù)采集數(shù)據(jù)，通過模糊控制，制定最佳運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在保證電機(jī)運(yùn)行在高效率區(qū)的前提下，使得機(jī)械采收率保持在最佳狀態(tài)。將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在三次采油上，可以提高老油田的采油率，有利于穩(wěn)定老油田的產(chǎn)量。變頻技術(shù)可以節(jié)約日消耗費(fèi)用，解決后期采油存在的“空抽”問題，從而減小設(shè)備磨損，有效提高單口井日產(chǎn)量；此外，變頻技術(shù)的使用還具有環(huán)保性，在油田推廣具有深遠(yuǎn)的意義，是綠色油田發(fā)展的新方向。

由于電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比，據(jù)此可以對(duì)變頻調(diào)速進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下。

式（1）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(duì)數(shù)。由式（1）可知，變頻調(diào)速可以通過改變電動(dòng)機(jī)的工作電源頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速；同時(shí)也可以通過改變定子供電頻率改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變電機(jī)輸出功率；調(diào)節(jié)過程中，電機(jī)轉(zhuǎn)速一般都低于額定轉(zhuǎn)速，故在頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)通過改變頻率，可以有效改善電機(jī)的特性。

流量計(jì)獲取流量信號(hào)后，先送往PID（比例-積分-微分）調(diào)節(jié)器，再送往變頻器，從變頻器輸出的信號(hào)可以在PID面板上顯示。通過對(duì)PID輸出進(jìn)行設(shè)定，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制；通過閉環(huán)控制系統(tǒng)回路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的調(diào)節(jié)。該設(shè)計(jì)不但運(yùn)行平穩(wěn)，而且控制精度高，節(jié)能效果顯著。變頻調(diào)速技術(shù)通過改變電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)來控制泵的轉(zhuǎn)速，從而控制油田采油所需的現(xiàn)場(chǎng)過程參數(shù)。與采用傳統(tǒng)的閥門調(diào)節(jié)向北，該方法有效改善了采油設(shè)備的運(yùn)行工況，使設(shè)備操作更為方便快捷。閉環(huán)控制過程如圖2所示。

圖2 變頻調(diào)速閉環(huán)控制過程

三、結(jié)論

三次采油技術(shù)對(duì)老油田的穩(wěn)產(chǎn)具有重要作用，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在三次采油中，綜合初次采油可以大大提高油井產(chǎn)量，降低采油成本，而且具有環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。變頻調(diào)速技術(shù)與流量計(jì)和PID控制技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制運(yùn)行，可以精確計(jì)算聚合物的實(shí)際注入量，從而保證了聚合物注入的連續(xù)性和聚合物溶液的濃度，提高了注聚效率，為降低含水率、增加產(chǎn)量打下了基礎(chǔ)。變頻控制技術(shù)在油井三次采油中的應(yīng)用，既提高了生產(chǎn)的安全性和可靠性，也延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，同時(shí)還降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了能耗，提高了工作效率，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。