申迎彬

【摘要】潛油電泵采油技術(shù)在油田二次開發(fā)時(shí)應(yīng)用廣泛，特別適用于油田開發(fā)中后期的高含水油井，具有采油作業(yè)占地面積小、施工操作簡(jiǎn)單、排液量大、采油效率高等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外油田都得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)潛油電泵應(yīng)用中的難題展開分析潛油電泵配備變頻調(diào)速裝置的必要性，介紹了變頻調(diào)速技術(shù)的工作原理和應(yīng)用特點(diǎn)，分析潛油電泵系統(tǒng)變頻調(diào)速技術(shù)在油田應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，此技術(shù)對(duì)提高油田采油質(zhì)量和產(chǎn)量，減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)費(fèi)用，降低原油開采成本，節(jié)約能源以及提高油田綜合經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推廣相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有十分重要的意義。

【關(guān)鍵詞】潛油電泵；變頻調(diào)速；節(jié)能；應(yīng)用

石油行業(yè)發(fā)展進(jìn)步越來越快，對(duì)采油速度和最終采收率的要求也在不斷提高，油田開發(fā)的機(jī)械采油方法也越來越先進(jìn)，潛油電泵采油技術(shù)在油田二次開發(fā)時(shí)應(yīng)用廣泛，特別適用于油田開發(fā)中后期的高含水油井，具有采油作業(yè)占地面積小、施工操作簡(jiǎn)單、排液量大、采油效率高等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外油田都得到廣泛應(yīng)用。潛油電泵井在大慶油田機(jī)械采油中也發(fā)揮出重要作用，目前我國(guó)從國(guó)外引起先進(jìn)的潛油電泵技術(shù)并應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)，已經(jīng)逐漸形成了設(shè)計(jì)、制造、創(chuàng)新、應(yīng)用等完備的潛油電泵體系。一般情況下，潛油電泵系統(tǒng)工作轉(zhuǎn)速恒定，通過閘閥人工調(diào)節(jié)泵的排量，但是這樣會(huì)增加管路的損失，并且可調(diào)范圍很小，當(dāng)某些特定情況下，如油井產(chǎn)液過程中，油井參數(shù)不明確時(shí)，排量下降快，就需要調(diào)整潛油電泵的排量和揚(yáng)程，為避免更換整套潛油電泵，花費(fèi)高昂的費(fèi)用，在潛油電泵系統(tǒng)中加入變頻裝置，就可以解決這個(gè)難題，無需更換機(jī)組就可以調(diào)整排量和揚(yáng)程，可以大大節(jié)省作業(yè)費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1、變頻調(diào)速技術(shù)在油田應(yīng)用的必要性

潛油電泵使用的電動(dòng)機(jī)額定電壓一般為660V～2000V的三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率通常在37kw～75kw，工作的環(huán)境是高溫高壓、強(qiáng)腐蝕等惡劣條件，一般在地下1km～3km的井底作業(yè)，運(yùn)行的成本很高，潛油電泵電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)通常存在以下問題：第一，電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)沖擊電流大，分布電感使系統(tǒng)內(nèi)反壓過高，容易造成系統(tǒng)多處絕緣損傷，使電動(dòng)機(jī)潛油電纜頻繁發(fā)生故障；第二，是由于井下壓力不同，油層深淺不同，采用工頻運(yùn)行方式時(shí)，不能有效控制采油速度，使得采油質(zhì)量難以控制，有時(shí)采油含水量過大，甚至伴有泥砂抽出，造成電泵砂卡損壞故障；第三，是由于電泵設(shè)計(jì)余量偏大，尤其是井下液量不足時(shí)，泵產(chǎn)生的油壓過高，使泵的使用壽命縮短，增加了維修費(fèi)用；第四，是由于油田電網(wǎng)地處電網(wǎng)末端，電壓不穩(wěn)，造成潛油電泵損壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生；第五，是油田潛油電泵是油田生產(chǎn)的主要高能耗設(shè)備之一，平均單井日耗電量超2000KWh。潛油電泵作為油田深井抽油機(jī)的動(dòng)力，無論出自于工藝的要求，還是節(jié)電的需要，使用變頻調(diào)速技術(shù)驅(qū)動(dòng)，不僅可以解決上述問題，還可以有效地?cái)U(kuò)大潛油電泵的適用范圍，很大程度上提高潛油電泵的適應(yīng)性能，還可以節(jié)省作業(yè)花費(fèi)。在變頻調(diào)速時(shí)，潛油電泵不產(chǎn)生節(jié)流損耗，潛油電泵的變頻控制方式采用的恒壓頻比控制，近似恒磁通控制，在恒壓頻比的情況下，電動(dòng)機(jī)能始終工作在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。因此，提出了變頻調(diào)速技術(shù)在油田潛油電泵中的應(yīng)用是非常有必要的。

2、潛油電泵系統(tǒng)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用原理

潛油電泵是油井井下工作的多級(jí)離心泵，是一種較新的機(jī)械采油設(shè)備。由于油井較深，為降低線路壓降，將電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)為660V級(jí)或1000V級(jí)。該電壓屬中壓范疇，不高也不低。若降低電壓，則線路壓降太大，電動(dòng)機(jī)低效無法正常工作。若提高電壓，線路壓降雖小，但供電線路電纜及電動(dòng)機(jī)的絕緣問題突出，故障率高，維護(hù)困難，可靠性下降。因此，目前國(guó)內(nèi)大部分油田采用的是660V級(jí)或1140V級(jí)潛油電泵。對(duì)于泵掛深度少于1000m的油井多采用660V級(jí)的潛油電泵；對(duì)于泵掛深度在1000m～2000m之間的油井多采用1140V級(jí)的潛油電泵。隨著油井深度的增加，少量深井開始使用2300V的潛油電泵。潛油電泵配電控制箱中壓變頻器采用二極管箝位三電平變頻控制調(diào)速技術(shù)。

三電平變頻調(diào)速控制系統(tǒng)按功能分為4個(gè)主要部分：即控制監(jiān)測(cè)部分、頻率生成部分、電壓波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分和變換輸出部分。控制監(jiān)測(cè)部分由核心單片機(jī)構(gòu)成；頻率生成部分主要由定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和鎖相環(huán)節(jié)組成；電壓波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分主要由隨機(jī)存儲(chǔ)器（ROM）、地址鎖存和數(shù)據(jù)分配環(huán)節(jié)組成。其工作原理為：在程序控制下，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，由單片機(jī)計(jì)算出當(dāng)前最優(yōu)的頻率和電壓參數(shù)（由U/f決定），實(shí)時(shí)地給定定時(shí)器定值和數(shù)ROM頁(yè)地址，以定時(shí)器的輸出頻率為節(jié)拍，按順序逐個(gè)送出ROM中數(shù)據(jù)去控制每個(gè)絕緣柵雙級(jí)型晶體管（IGBT）開關(guān)，達(dá)到控制輸出電平的目的。同時(shí)，單片機(jī)通過對(duì)各前向通道采樣接收從傳感器反饋回的信號(hào)（包括電流、電壓和負(fù)載變化），實(shí)時(shí)地對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行方式進(jìn)行控制和對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)（主要是故障的診斷和處理），做到閉環(huán)控制。此技術(shù)使變頻器的輸出波形更接近正弦波，解決了因器件換流造成的電動(dòng)機(jī)絕緣損傷，減少了軸電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)軸承的腐蝕以及傳導(dǎo)干擾、輻射干擾等問題，降低了漏電流及電動(dòng)機(jī)噪音。

3、變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

采用變頻器可以使?jié)撚碗姳秒姍C(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，通過平滑的方式帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以有效的減小沖擊電流，避免電動(dòng)機(jī)絕緣損傷。采用變頻器技術(shù)具有很好的節(jié)能效果，無論是小負(fù)載還是大負(fù)載情況下均能實(shí)現(xiàn)較高的功率因數(shù)，通過調(diào)節(jié)頻率改變油壓，防止?jié)撚碗姳瞄L(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)，根據(jù)油井自身情況調(diào)節(jié)出油量，讓油井處于最佳的工作狀態(tài)；實(shí)現(xiàn)微電腦智能化控制，無需人工調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)適應(yīng)。自動(dòng)跟隨，溫度閉環(huán)系統(tǒng)，通過自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)最佳狀態(tài)；變頻技術(shù)用在富油油井能明顯增加采油產(chǎn)量，用在貧油油井可連續(xù)生產(chǎn)，減少停井次數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能增產(chǎn)的目的；對(duì)含砂量高的油井，變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用可減少卡泵次數(shù)，反轉(zhuǎn)排砂，延長(zhǎng)電泵的壽命；對(duì)于含氣油井可提高轉(zhuǎn)速減少氣鎖現(xiàn)象；對(duì)于含蠟油井，可減少結(jié)蠟、結(jié)垢而降低管路堵塞次數(shù)；對(duì)于稠油油井，可低速大功率運(yùn)行，減少停井次數(shù)并獲得可觀的節(jié)能效果；變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以減緩電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱現(xiàn)象，有利于運(yùn)動(dòng)部件磨損現(xiàn)象的改善，提高電動(dòng)機(jī)的使用壽命；變頻器運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制系統(tǒng)具有欠載保護(hù)功能，大大提高了油泵和電動(dòng)機(jī)工作壽命，適合油田生產(chǎn)推廣使用。

4、結(jié)語(yǔ)

綜合分析可見，油田潛油電泵系統(tǒng)中配備變頻調(diào)速裝置，可以有效擴(kuò)大潛油電泵的使用范圍，大大提高潛油電泵的適應(yīng)性能，具有顯著的節(jié)能降耗特點(diǎn)，增加了石油開采企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。通過在油田推廣應(yīng)用的實(shí)踐證明，潛油電泵采用變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)提高油田采油質(zhì)量和產(chǎn)量，減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)費(fèi)用，降低原油開采成本，節(jié)約能源以及提高油田綜合經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推廣相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有十分重要的意義。

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