夏永平 牛彥鋒 冶海寧

摘要：油田油井應(yīng)用的變頻控制技術(shù)，是針對(duì)抽油機(jī)采油過程中所運(yùn)行的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的一種變頻技術(shù)，使得油田抽油機(jī)自身能源的消耗情況得到了明顯的降低。利用變頻控制柜的變頻技術(shù)，可以使得抽油機(jī)的機(jī)械效率在在采油過程中一直保持最佳運(yùn)行狀態(tài)，有效地減少了不必要的能源消耗，實(shí)現(xiàn)了油井節(jié)能降耗的最終目的。利用變頻控制柜的變頻技術(shù)的使得油井抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)功能，因此使得設(shè)備選型更加科學(xué)合理，在油田應(yīng)用上取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：抽油機(jī)；降耗；變頻控制柜；油井

前言

變頻控制技術(shù)在石油和化工領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，變頻控制技術(shù)在油田采油管理過程中的應(yīng)用有效地提升了油井的采油效率，改善了抽油機(jī)運(yùn)行過程中能源消耗過大的問題。抽油機(jī)變頻控制柜本身是一種重要的電氣設(shè)備，抽油機(jī)變頻控制柜在油井采油管理中的應(yīng)用就是變頻控制技術(shù)應(yīng)用的具體實(shí)例，這種變頻設(shè)備在油田采油過程中發(fā)揮著重要的作用。變頻控制柜技術(shù)的原理結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、信息技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)和傳感器技術(shù)等現(xiàn)代高新轉(zhuǎn)換技術(shù)，使油井在開采過程中實(shí)現(xiàn)了模擬控制機(jī)械采油的效率，使抽油機(jī)在采油運(yùn)行過程中始終保持著最佳的狀態(tài)，明顯地改善了抽油機(jī)能源消耗狀態(tài)，通過傳感器技術(shù)有效地杜絕了設(shè)備的空消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

1采油管理的目的

采油管理是油田企業(yè)在生產(chǎn)運(yùn)行過程中為了保證提升經(jīng)濟(jì)效益的一種重要手段，對(duì)于油田企業(yè)而言，油田采油管理的主要目的就是為了嚴(yán)格控制油井采油的成本費(fèi)用，要在保證油井采油質(zhì)量和采油數(shù)量的前提下來(lái)提升采油效率。石油企業(yè)想控制成本降低費(fèi)用和提高工作效率，就需要從成本的來(lái)源、控制過程、人員素質(zhì)培訓(xùn)、技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和管理創(chuàng)新等諸多方面進(jìn)行綜合管理。

2 抽油機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

抽油機(jī)變頻控制柜是應(yīng)用在油田采油過程的一種典型的電氣控制設(shè)備，當(dāng)前應(yīng)用的抽油機(jī)變頻控制柜主要采用的是雙頻控制技術(shù)，它能實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)中的能量傳遞的優(yōu)化和能量的轉(zhuǎn)化。。在雙頻控制方式的影響下，將電流能夠?qū)崿F(xiàn)直接輸入電網(wǎng)從而實(shí)現(xiàn)重新利用電能的目的。雙頻控制指的是在實(shí)際運(yùn)行過程中控制柜內(nèi)部本身是有兩個(gè)頻率的電流的。一種是由輸往抽油機(jī)保證其正常運(yùn)行的從而能夠適合抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的電流頻率，另一種電流是抽油機(jī)本身由勢(shì)能轉(zhuǎn)換成電能的頻率。雙頻控制方式能夠有效地提升油田油井采油設(shè)備的能源利用率，這對(duì)于降低油田油井采油過程中的能源消耗起到了十分重要的作用。

采油管理中的智能變頻控制柜應(yīng)用到了雙變頻技術(shù)，一般變頻控制柜和此類變頻控制柜有著比較大的差異，

1）實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)啟動(dòng)，延長(zhǎng)了電機(jī)使用壽命。電機(jī)在額定電壓和額定頻率下直接啟動(dòng)的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)被轉(zhuǎn)子繞組以同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行切割，轉(zhuǎn)子電流和電動(dòng)勢(shì)都很大，其啟動(dòng)電流可以達(dá)到額定電流的2至4倍，電流過大會(huì)沖擊電源，引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。由于電機(jī)啟動(dòng)是一個(gè)快速的過程，常常會(huì)沖擊機(jī)械負(fù)載，使機(jī)械傳動(dòng)部分的使用壽命大大縮短。通過對(duì)油井抽油機(jī)安裝使用變頻控制柜技術(shù)后，由于其輸出頻率從0Hz開始逐漸上升，頻率上升慢，完成電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間增加了10s左右，啟動(dòng)時(shí)最大電流明顯下降，且電流曲線較為平緩。變頻后，轉(zhuǎn)子繞組以很低的同步轉(zhuǎn)速切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，將電機(jī)啟動(dòng)電流限制在一定的平緩上升范圍內(nèi)，有效地削弱了對(duì)機(jī)械負(fù)載的沖擊。由于變頻控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的平均轉(zhuǎn)速下降，減小了平均轉(zhuǎn)矩，大大減少了軸承的磨損，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。

2）實(shí)現(xiàn)了真正的“軟起動(dòng)”，因而能夠?qū)Τ橛蜋C(jī)、變速箱、電機(jī)都避免了過大的機(jī)械沖擊，大大地延長(zhǎng)了機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減少了因設(shè)備損壞維修的停產(chǎn)時(shí)間，提高了采油作業(yè)過程的生產(chǎn)效率。

3）變頻控制柜的雙變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電流再次返回到變頻器的直流環(huán)節(jié)中的擁有可再生特性的電能轉(zhuǎn)化，并且轉(zhuǎn)化的電能和電網(wǎng)的電源具有相同的同步交流正弦波，以及使用濾波，把這種可再生的電能傳遞給電網(wǎng)，以供電網(wǎng)利用。在電能利用上有效地提高了功率因數(shù)，大大減少了供電電流，降低了線損，從而減輕了對(duì)變壓器和電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，省去了大量的“增容”開支，有效地節(jié)省了電能。

4）有效平衡井下載荷。采用變頻柜控制技術(shù)有效地降低了最大載荷與最小載荷的差值，使抽油機(jī)在生產(chǎn)過程中進(jìn)一步平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。使用變頻柜控制技術(shù)后電機(jī)運(yùn)行電流曲線比工頻更加平緩。

5）有利于井筒治理。采用變頻控制技術(shù)控制電機(jī)降低沖次后，降低了抽油機(jī)上抽油桿的疲勞狀態(tài)，提升了抽油桿的使用時(shí)間和更換周期。特別是在腐蝕井中，減少了因磨損和腐蝕的雙重作用對(duì)抽油桿造成的損害。

6）能夠根據(jù)油田油井的實(shí)際供液能力，靈活調(diào)整抽油機(jī)的抽取速度，一方面達(dá)到節(jié)約能源的目的，另一方面還可以增加原油產(chǎn)量。

3 變頻柜在油井節(jié)能、增產(chǎn)運(yùn)行中的機(jī)理

1）變頻控制柜工作原理分析

抽油機(jī)變頻控制柜是一種先進(jìn)的電氣設(shè)備，其處理可再生電能源的方法主要有制動(dòng)電阻、吸收電容、再生制動(dòng)等。更先進(jìn)的方法是使用再生制動(dòng)將部分電能量反饋回電網(wǎng)。當(dāng)抽油機(jī)的能量被反饋到智能變頻控制柜中后，能夠在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)工作的過程中由主變頻器從電網(wǎng)中吸收電能量。而在油井抽油機(jī)通過工作過程釋放機(jī)械動(dòng)能時(shí)帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，則由回饋?zhàn)冾l器把這部分機(jī)械能量轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)的電壓相同的電能，然后經(jīng)過過濾后回饋給電網(wǎng)。實(shí)踐證明，其效果是非常明顯的，節(jié)能率可高達(dá)30%至60%。

根據(jù)動(dòng)能守恒定律，實(shí)際運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生一定損耗，為了有效解決這個(gè)問題，就需要利用到變頻技術(shù)，這一技術(shù)的應(yīng)用將能夠把工作效率做到最大化，利用變頻器將能夠?qū)﹄娏鲝?qiáng)弱以及流向進(jìn)行有效控制。變頻控制柜的主要作用就是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)冗余電能的有效配置。變頻控制柜之所以能夠降低損耗其中一個(gè)很重要的原因就在于變頻控制柜能夠根據(jù)示功圖對(duì)抽油機(jī)工作進(jìn)行有效分配，這樣就能夠讓那些處在同一電網(wǎng)中的抽油機(jī)在不同頻率下來(lái)工作。在降低能耗的同時(shí)變頻控制柜本身還能夠降低對(duì)抽油機(jī)設(shè)備的磨損。

2）變頻控制抽油機(jī)增產(chǎn)原理分析

動(dòng)態(tài)設(shè)置通常是采取輸入最低頻率、正常頻率和最高頻率的方法，利用最小的載荷來(lái)完成最大的工作量，根據(jù)當(dāng)時(shí)采集的載荷以及示功圖進(jìn)行分析處理的。在抽油機(jī)動(dòng)作的同―個(gè)沖程里，如果采集的載荷大于它的最小載荷，抽油機(jī)按正常的頻率運(yùn)行；如果采集到的載荷小于它的最小載荷，變頻柜將會(huì)在它的最高頻率和最低頻率之間分成很多段運(yùn)行。對(duì)于那些上下不平衡的油井，變頻控制柜會(huì)控制抽油機(jī)按照不同的頻率運(yùn)行，以達(dá)到上快、下慢的運(yùn)行目的，減少空抽動(dòng)作過程，提高泵的工作效率，達(dá)到節(jié)能降耗增加產(chǎn)量的目的。

結(jié)束語(yǔ)

油井抽油機(jī)利用變頻控制柜調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，節(jié)省了大量能源，是企業(yè)技術(shù)發(fā)展和增加效益的一條有效途徑。在油井抽油機(jī)上應(yīng)用正確的變頻控制柜調(diào)速系統(tǒng)，可以使抽油機(jī)穩(wěn)定地適應(yīng)油井環(huán)境變化情況，更方便進(jìn)行不同工況下參數(shù)的調(diào)節(jié)，使抽油機(jī)采油作業(yè)的運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫祖臣.主頻調(diào)速技術(shù)在油田設(shè)備上的應(yīng)用.石油機(jī)械.1995，23（7）.

[2]劉杰.智能監(jiān)控裝置在A油田節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].科技促進(jìn)發(fā)展.2011（04）.

[3]張書利.抽油機(jī)電機(jī)節(jié)能改造技術(shù)的應(yīng)用[J].科技信息.2010（35）.