童安倫（中油吉林化建工程有限公司）

螺桿泵井變頻調(diào)速裝置在油田的應(yīng)用效果

童安倫（中油吉林化建工程有限公司）

隨著油田的開(kāi)發(fā)，石油開(kāi)采成本越來(lái)越高，其中電能消耗比重很大，為了節(jié)約能源、減少消耗，許多節(jié)能降技術(shù)在油田應(yīng)用。其中螺桿泵井應(yīng)用變頻控制裝置是改進(jìn)抽油機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要措施。為評(píng)價(jià)應(yīng)用變頻控制裝置的節(jié)能效果，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行變頻前、后期對(duì)比試驗(yàn)，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，與普通螺桿泵井相比，平均提高有功節(jié)電率8.08%、無(wú)功節(jié)電率48.29%、綜合節(jié)電率10.11%，平均每臺(tái)設(shè)備年節(jié)電7 550.4 kWh，節(jié)能潛力巨大。

螺桿泵井；節(jié)能技術(shù)；變頻控制

隨著石油的逐年開(kāi)采，許多區(qū)塊采出液已經(jīng)是高含水，導(dǎo)致油田開(kāi)采成本提高。因此提高能源利用效率，切實(shí)降低能源消耗變得十分迫切[1]。而螺桿泵井在油田應(yīng)用數(shù)量多，是石油開(kāi)采的重要耗能設(shè)備之一，本文對(duì)螺桿泵井應(yīng)用變頻控制裝置的前期和后期進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和分析。

1 螺桿泵井的工作特性

螺桿泵井作為無(wú)桿采油設(shè)備，十九世紀(jì)八十年代開(kāi)始在國(guó)內(nèi)油田應(yīng)用。其在陸上油田以及海上采油平臺(tái)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，適合高含沙、高含氣等情況[1]。螺桿泵井避免了抽油機(jī)井的抽油桿脫落以及光桿偏磨等問(wèn)題，而且具有泵效高等優(yōu)點(diǎn)，已成為非常有潛力的采油設(shè)備。現(xiàn)有螺桿泵的驅(qū)動(dòng)方式多為電動(dòng)機(jī)加減速驅(qū)動(dòng)裝置，具有不利于維護(hù)、使用壽命短等缺點(diǎn)[2-3]。

螺桿泵采油工作時(shí)，由動(dòng)力設(shè)備帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)頭、抽油桿柱旋轉(zhuǎn)，螺桿泵轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)螺桿泵下部吸入地層采液，經(jīng)上端排出，實(shí)現(xiàn)增壓目的，采液沿油管柱流動(dòng)。螺桿泵采油方法簡(jiǎn)單實(shí)用，現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)井下無(wú)需裝泄油裝置。抽油桿柱下入、起出的時(shí)候，螺桿泵轉(zhuǎn)子也隨著運(yùn)動(dòng)，螺桿泵轉(zhuǎn)子如與定子脫離，油套管之間便連通，可以起到泄油的作用。在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中也可測(cè)量動(dòng)液面，采油成本較低，是油田常用的采油方法[4]。

螺桿泵井工作過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)油井參數(shù)不明確、排量變化快等情況，這時(shí)需要調(diào)整螺桿泵的揚(yáng)程等參數(shù)。而且隨著油田的開(kāi)采，動(dòng)液面下降，供液與產(chǎn)出不平衡，出現(xiàn)“低負(fù)荷”現(xiàn)象，造成系統(tǒng)效率低，造成能源損耗[5-6]。在這種情況下，現(xiàn)場(chǎng)采取了很多技術(shù)措施，其中最常用的是螺桿泵井應(yīng)用變頻控制裝置，調(diào)整排量、揚(yáng)程，避免載荷過(guò)低現(xiàn)象，提高節(jié)電率。

2 變頻控制裝置的工作特性

螺桿泵變頻控制裝置包括螺桿泵、傳感器、數(shù)據(jù)采集器、調(diào)節(jié)器、變頻器、主控電路、輔助電路等組成。其工作原理如圖1所示。

圖1 螺桿泵變頻自動(dòng)控制原理

螺桿泵變頻技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)：軟停時(shí)間、扭矩值、轉(zhuǎn)速等。通過(guò)使用變頻控制裝置能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。其降低能耗措施如下：

1）改變電源頻率，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以滿足實(shí)際工作需要。

2）改變電動(dòng)機(jī)輸入端電壓，使工作電壓范圍合理。

3）采用軟啟功能，提高設(shè)備使用壽命。

4）提高功率因數(shù)，降低無(wú)功損耗。

某螺桿泵井分別在工況下的工頻啟動(dòng)與使用變頻控制裝置后的啟動(dòng)電流對(duì)比如圖2，其動(dòng)液面為200 m（其他工況類似）。

表1 螺桿泵井應(yīng)用變頻裝置測(cè)試效果

圖2 啟動(dòng)電流對(duì)比

由圖3可知螺桿泵井工頻啟動(dòng)初期電流較大，電流最大值約為平時(shí)6至7倍，電流過(guò)高容易燒壞設(shè)備，而應(yīng)用變頻控制裝置后啟動(dòng)電流減小，稱之為軟啟，軟啟減少了對(duì)設(shè)備的損害，對(duì)設(shè)備起到保護(hù)作用，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，降低了設(shè)備維修、更換費(fèi)用。

3 螺桿泵井變頻控制裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

為了分析螺桿泵井應(yīng)用變頻控制裝置后的現(xiàn)場(chǎng)效果，對(duì)某采油廠6口螺桿泵井分別安裝了型號(hào)為SPF37kW的變頻控制裝置，采用測(cè)試儀器為型號(hào)3169精確度±1.0%的電力分析儀，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為SY/T 6422—2016《石油企業(yè)用節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測(cè)定》。測(cè)試節(jié)能效果如表1。

由表1可以看出，安裝前平均功率因數(shù)為0.492，安裝后平均功率因數(shù)為0.708。變頻控制裝置后安裝后有功單耗、無(wú)功單耗均有下降。平均有功節(jié)電率8.08%；平均無(wú)功節(jié)電率48.29%；平均綜合節(jié)電率10.11%。螺桿泵井應(yīng)用變頻控制裝置后，有功節(jié)電率、無(wú)功節(jié)電率、綜合節(jié)電率均得到提高。按每年工作330個(gè)工作日計(jì)算，螺桿泵井應(yīng)用變頻控制裝置后，平均每臺(tái)設(shè)備年節(jié)電7 550.4 kWh，降低能耗效果明顯。

4 結(jié)論

通過(guò)理論與實(shí)踐，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)螺桿泵井安裝變頻控制裝置應(yīng)用效果分析，得到以下結(jié)論：

1）變頻控制裝置操作方便、使用安全，維護(hù)費(fèi)用少，具有一定的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

2）具有軟起功能，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低了設(shè)備維修、更換費(fèi)用。

3）提高功率因數(shù)，降低無(wú)功損耗。

4）有功節(jié)電率、無(wú)功節(jié)電率、綜合節(jié)電率均有提高，節(jié)電效果明顯。

[1]楊榮光，楊富輝.油田抽油機(jī)節(jié)能方式綜述及其解決方案[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014，6（18）：38.

[2]A.Trzynadlowski.Review and Comparative Study of Control Techniques for Three-phase PWM Rectifiers[J].Mathematics and Computers in Simulation，2003（6）：349-361．

[3]萬(wàn)邦烈.蘇聯(lián)電動(dòng)潛油單螺桿泵的發(fā)展和應(yīng)用[J].世界石油科學(xué)，1988（3）：89-96.

[4]張連山.螺桿泵采油系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與動(dòng)向研究[J].石油機(jī)械，1994，22（1）：46-50.

[5]張連山，趙謫斗.地面驅(qū)動(dòng)單螺桿泵使用中出現(xiàn)的問(wèn)題及失效形式[J].石油機(jī)械，1992，20（4）：34-37.

[6]張建偉.井下采油單螺桿泵的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].石油機(jī)械，2000，28（8）：56-58.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.05.011

2017-03-28

（編輯 莊景春）

童安倫，2011年畢業(yè)于長(zhǎng)春理工大學(xué)（電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)），從事電氣技術(shù)管理及工程造價(jià)方面工作，E-mail：jcctonganlun@cnpc.com.cn，地址：吉林省吉林市龍?zhí)秴^(qū)遵義東路31號(hào)中油吉林化建工程有限公司，132021。