三、變頻器在注水泵控製中的應用
油田開發過程中地層能量不斷衰減,常用注水方式以保持地層能量,進行油田開發。一方麵,注水壓力的高低是決定油田合理開發和地麵管線及設備的重要參數。考慮到後期開發注水井的增多,注水工藝設計和機電設備配置都比實際寬裕,加之地質情況的變化,開關井數的增減,洗井及供水不足的影響,經常引起注水壓力的波動,注水量不均勻,不穩定。注水壓力低,注水量滿足不了油田開發的需要,必然會造成油層壓力下降;注水壓力過高,浪費動力,也造成超注,導致水淹,水竄;注水壓力控製難度大,也給油田生產和管理帶來諸多不便,因而要求油田注水壓力恒定。另一方麵,由於儲油地層的壓力及油氣水分布不斷在發生變化,其數值很難準確預測和控製,考慮到油田開發中的需要,在工藝和機電設備的配置上都按照油田最大可能的需求來設計,這一點在注水係統的設計當中顯得尤為突出。油田注水設備多采用高壓離心泵匹配高壓電機,大功率係統運行常是“大馬拉小車”,效率低下。注水壓力靠泵出口閘門手動控製,即靠改變管網特性曲線來調節泵的排量,泵、電機匹配難以達到在泵的最佳工況點運行,管網效率低。正是從恒壓注水和節能的兩個方麵考慮,在油田注水係統中引入變頻控製。
由於風機、泵類設備均屬平方轉矩負載,流量與轉速成正比,壓力與轉速的平方成正比,軸功率與轉速的立方成正比。通過上述分析可以知道,通過改變電動機轉速可方便地改變水的流量,保證水壓恒定;通過改變電動機轉速,在降低水流量的同時,可有效降低係統的電能損耗。
通過變頻改造的注水係統具有如下優點:
(1) 實現了電機軟起動、自由停車。電機均通過變頻器或軟起動從0~50Hz作緩慢加速起動,可減少機泵因突然高速起動所帶來的影響,減少了直接起動時起動電流對電網的衝擊。
(2) 提高了功率因數,改善了電機電源質量,電機的功率與實際負荷相匹配,係統達到節能運行的目的。
(3) 消除了泵的喘振現象,使泵運行處於最佳工況狀態。
(4) 實現了壓力自動控製,被調節量得到更平穩的調節,增強了係統的穩定性和可靠性。
應用變頻調速技術,對注水設備的電機轉速進行調節,達到穩壓、穩流供注水。同時軟起軟停的功能代替了減壓啟動,使電機起停平穩,減少了對電網和機械設備的衝擊,不會造成管網壓力、流量、流速的劇烈變化,不需要閥門截流,因此對防止汽蝕、水擊、喘振極為有利,可以延長管網、泵、閥門的維修周期和使用壽命。
五、總結
總之,變頻調速技術作為高新技術、基礎技術和節能技術,其應用已經滲透到石油行業的各個技術部門。在遊梁式抽油機控製和電潛泵控製中的應用還處於開始階段,在應用中也出現了許多問題,這些都待於進步解決。隻有充分考慮油田油井的實際情況,才能促進變頻技術在采油設備中的應用。在油田注水和油氣集輸中的應用與生活中的恒壓供水類似,其應用技術已經成熟,應用也十分普遍。變頻調速技術在油田中的應用應該集中解決以下兩個方麵的問題:
(1) 解決變頻器的控製問題。這個必須解決變頻器如何適應多變的工作環境,對某一台抽油機控製的成功並不代表對所有油井都成功,因而必須提高變頻器控製技術適應不同井況的能力。
(2) 解決變頻控製成本較高的問題。與一般控製櫃相比,變頻控製的成本太高。無論上雙PWM變頻器還是電潛泵專用變頻器,都麵臨著這個問題,因而必須提高相關產品的配套能力,在保證可靠性的前提下降低成本。