机械采油系统变频调速控制技术的应用和效果分析

机械采油系统变频调速控制技术的应用和效果分析

姜威

（大庆油田有限责任公司第三采油厂第五油矿采油十队黑龙江大庆163000）

摘要：随着油田降本增效意识不断增强，对机械采油系统节能效果要求越来越高。另一方面，油田进入开采中晚期，机采系统设备日益老化，开采难度不断上升，能耗增长与控制的矛盾越来越突出，需要不断推进机械采油系统节能技术改造工作。变频调速控制技术具有性能优越、技术先进、功能齐全、安全系数高等优点，能够提升机械采油系统运行效率，大幅降低原油生产成本。本文分析介绍了变频调速控制技术在机械采油系统中应用的原理及现状，详细介绍了机采系统变频调速装置的特点，对变频调速控制装置的应用效果进行了对比分析。实践表明，变频调速控制装置调参方便、自动保护功能强、节能效果好、使用维护方便，在油田节能技术改造中取得了较好的应用效果，具有较好的推广应用前景。

关键词：机采系统变频调速原理特点应用效果

一、机采系统存在问题分析

大庆油田经过五十多年的勘探开发，目前油田已经进入开采中后期，地层能量下降，采出液中高含水、高含沙，开采难度加大，对机采系统要求越来越高，然而机采系统中存在诸多问题，主要表现在：油田开采时间较长，油井数量多，抽油机设备种类繁多，设备更新换代慢，早期投产设备技术落后，能耗较高，不利于节能降耗。投资不足导致老式抽油机数量仍占比较大，老式抽油机电机负载率和功率因数均较低，油井吨液耗电较高。老式抽油机机采系统工作效率较低，很多在极限条件下运行，曲柄销、底盘断裂的情况较为常见，老式抽油机大部分使用的是普通控制柜，智能化程度较低，对用电设备的保护功能有限，存在较多安全隐患。多年开采导致地层供液不足，出现了抽油机抽吸度不足或空抽现象，不能通过简单的调整生产参数来改善抽油机工作状态，导致机采系统工作效率下降。

二、机械采油系统变频调速控制技术现状

1、油井变频调速控制技术使用情况

近年来，随着油田节能降耗工作的开展，新增机械采油系统变频调速控制技术应用越来越普遍，有数据表明，我国机械采油系统变频调速控制技术每年以20%的速度增长，但总体使用率还相对较低，为30%左右，国外发达国家机械采油系统变频调速控制技术使用率可达85%，反映我国油田企业在变频节能技术改造方面的潜力较大。据应用情况表明，变频控制装置除了具有普通控制柜的电机控制及保护功能外，还能进行机采系统无极连续调参，抽油机软启动等，在低冲速油井变频控制装置节能效果明显，较电磁调速电动机其综合节电率高出30%，因此，加强机采系统变频调速技术应用具有较大实际意义。

2、机械采油系统变频调速控制技术原理

机械采油系统变频调速控制技术是指使用变频调速器、位置传感器、开关顺序电路等实现对机械采油装置智能化控制。抽油机在工作过程中负载不断发生变化，变频调速控制装置能够根据油井工况及产液量，调节抽油机上、下冲程的速度比，从而提高泵冲系数及排量系数，提升抽油机工作效率。在调节抽油机的冲次方面，能实现无极调节，方便快捷，通过调节适宜冲次，使抽油机泵效达到最高，从而降低抽油机油耗。能够实现抽油机软启动，减少对电网的冲击，有效保护机采设备安全，同时减少了用电设备的装机容量。变频调速控制装置对抽油机电动机的过流、过载、欠过压等情况具有保护功能，对故障具有报警及自动恢复功能，从而提高抽油机工作的稳定性。变频调速控制装置通过检测电动机扭矩信号来控制电机扭矩波动范围，从而减少能量损失。对于长期开采导致油井供液不足或者进入强采阶段的油井，依据产液量情况选择最佳抽汲参数，通过智能化控制实现油井产量最大化，或者保证抽油机抽汲能力与地层压力相匹配，从而提高整个机采系统工作效率。近几年使用较多的变频调速多功能控制装置能够实现对抽油机跟踪调压控制，同时对于抽油机工作过程中的回馈电能进行再生利用，通过特定的电路将电能回馈到电网中，使能量被充分利用，降低了能源损耗，提高了抽油机工作的功率因数，达到较好的节能效果。

三、机采系统变频调速控制技术原理和特点

1、变频调速控制技术原理

机采系统变频调速控制技术是使用变频器、位置传感器和控制电路来实现对抽油机智能化控制，能够使抽油机工作制度更加合理。机采系统变频调速控制技术可任意调节抽油机上、下冲程的时间，使抽油机工作状态与抽油机的工况和产液量相适应，从而提高抽油泵充满系数和排量系数；能够无极调节抽油机的冲次，使冲次达到最佳，提高抽油机工作效率，降低能耗；变频调速控制技术能够有效降低启动电流，防止启动电流过大损坏用电设备，还能有效降低机采系统的装机容量；变频调速控制技术能够减小电网波动，降低电机工作的无功功率，提高机采系统功率因数；变频调速控制技术安全性较高，能够对电动机进行过流、过载、欠过压保护，减少机采系统故障的发生；对于开采时间较长导致产液量不足的井，可实时改变机采系统工作制度，使抽油机抽汲能力与井底流入条件匹配，提高机采系统工作效率。

2、变频调速控制技术特点

1）变频调速控制技术可以方便的条件。抽油机上、下冲程速度，使抽油机达到最佳工作状态。在抽油机冲次不变的情况下，可通过调节抽油机电机频率，改变抽油机上下冲程速度。控制抽油机上行时电动机频率高于下行时电机的频率，可使抽油机上冲程速度高于下冲程速度，从而使抽油泵的漏失量降低，提高产液量；反之，当控制抽油机下行频率高于上行时电机的频率，能够使抽油机下冲程时间较上冲程时间短，能够提高抽油泵的充满系数，从而提高产液量。2）变频调速控制技术可以实现软启动，降低启动电流，减小机采系统装机容量，提高系统功率因数。同时减小冲击电流，提高系统安全性。3）变频调速控制技术可以实现对抽油机的无极调节控制，减小电动机扭矩波动，降低能耗，提高了机采系统工作效率。

结束语

随着油田节能降耗的要求越来越高，需要加强对油田基础设施的改造力度，对设备落后、能耗高、故障率高的设备进行更新换代。机械采油系统作为油田生产中主要的能耗设备之一，更新换代越来越普遍。

参考文献：

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[3]孟宪军.潜油电泵变频调速设备的研制和应用[D].大庆石油学院,2003.

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