變頻器在油田中的應用
應用技術
作者：候佳
[摘 要]變頻器自20世紀80年代在中國推出以後，在國民經濟和日常生活中發揮著日益重要作用，已經被廣泛的應用於企業的工業生產以及人們的日常生活中。變頻器廣泛應用，主要得益於其優良的節能特性和調速特性。要解決產品能耗問題，除其它相關的技術問題需要改進外，變頻調速已成為節能及提高產品質量的有效措施。
[關鍵詞]變頻器；節能特性；調速特性
中圖分類號：TG353.7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）20-0354-01
一、變頻器在遊梁式抽油機控製中的應用
目前，在油田采用的抽油設備中，以遊梁式抽油機應用最為普遍，數量也最多。一方麵，遊梁式抽油機運動為反複地上下提升，當平衡塊下降時，抽油杆提出，帶油至井口。由於電機轉速一定，負荷減輕，電機拖動產生的能量無法被負載吸引，勢必會尋找能量消耗的渠道，導致電機進入再生發電狀態，將多餘的能量反饋到電網，引起主回路母線電壓的升高，勢必會對整個電網產生衝擊，導致電網供電質量下降，功率因數降低，頻繁的高壓衝擊會損壞電機，對電動機沒有可靠的保護功能，一旦電機損害，造成生產效率降低、維護量加大，極不利於抽油設備的節能降耗，給企業造成較大的經濟損失。另一方麵，遊梁式抽油機引入兩個大質量的平衡塊，導致抽油機的起動衝擊大等諸多問題。除了上述兩方麵問題之外，在油井開采前期儲油量大，供液足，為提高功效可采用工頻運行，保證較高的產油量；在中、後期，由於石油儲量減少，易造成供液不足，電機若仍工頻運行，勢必浪費電能，造成不必要的損耗，這時須考慮實際工作情況，適當降低電機轉速，減少衝程，有效提高充盈率。
目前，對遊梁式抽油機的變頻器改造主要有以下3個方麵：
一是以提高電網質量，減小對電網影響為目標的變頻改造。這主要集中在供電企業對電網質量要求較高的場合，為了避免電網質量的下降，需引入變頻控製，其主要目的就是減小抽油機工作過程對電網的影響。
二是以節能為第一目標的變頻改造。這一點比較普遍，一方麵，油田的抽油機為了克服大的起動轉矩，采用的電動機大於實際所需功率，工作時電動機的利用率一般在20%-30%之間，最高不會超過50%，電動機常常處於輕載狀態，造成了電動機資源的浪費。另一方麵，抽油機的工作情況是連續變化的，這些都取決於地底下的狀態，若始終處於工頻運行，勢必也會造成電能的浪費。為了節能，提高電動機的工作效率，需進行變頻改造。
三是以提高電網質量和節能為目的的變頻改造。這種情況綜合了上麵兩種改造的優點，是應用中的一個重要發展方向。
二、 變頻器在電潛泵控製中的應用
油田中應用較多的另一種采油設備是電潛泵。電潛泵是井下工作的多級離心泵，同油管一起下入井內，地麵電源通過變壓器、控製屏和電潛泵專用電纜將電能輸送給井下電潛泵電機，使電機帶動多級離心泵旋轉，將電能轉換為機械能，把油井中的液體舉升到地麵。
由於電潛泵是在地麵以下2000多米的井底工作，工作環境非常惡劣（高溫、強腐蝕等），傳統的供電方式——全壓、工頻使它故障頻繁，運行成本大增。一方麵，電潛泵在工頻啟動時，啟動電流大，電機電纜的壓降較大，使得電機電纜在啟動過程中的反壓較高，使絕緣性能降低，每次開機都會使電潛泵壽命大打折扣，大大影響了電潛泵的使用壽命。電潛泵損壞後提到地麵上來修理，使用成本較高。
針對電潛泵的特殊情況，對電潛泵井進行變頻改造，可實現電潛泵的軟啟動、軟停車，有效地保護了電潛泵與電纜；通過調節頻率可方便的調節油壓，避免了電潛泵在高壓下長期運行；延長了電潛泵的壽命，節約了油井維修、維護費用，使電泵機組在最佳工況下運行，大大提高了電潛泵采油係統的效率。同時，提高功率因數，提高了電網的供電能力，節電效果明顯。