油田抽油機變頻控制柜的應用

夏永平 牛彥鋒 冶海寧

摘要：油田油井應用的變頻控制技術，是針對抽油機采油過程中所運行的特點而設計的一種變頻技術，使得油田抽油機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，可以使得抽油機的機械效率在在采油過程中一直保持最佳運行狀態(tài)，有效地減少了不必要的能源消耗，實現(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的使得油井抽油機實現(xiàn)了軟啟動功能，因此使得設備選型更加科學合理，在油田應用上取得了較大的經(jīng)濟效益。

關鍵詞：抽油機；降耗；變頻控制柜；油井

前言

變頻控制技術在石油和化工領域得到了廣泛的應用，變頻控制技術在油田采油管理過程中的應用有效地提升了油井的采油效率，改善了抽油機運行過程中能源消耗過大的問題。抽油機變頻控制柜本身是一種重要的電氣設備，抽油機變頻控制柜在油井采油管理中的應用就是變頻控制技術應用的具體實例，這種變頻設備在油田采油過程中發(fā)揮著重要的作用。變頻控制柜技術的原理結(jié)合了計算機技術、模糊控制技術、信息技術、變頻調(diào)速技術和傳感器技術等現(xiàn)代高新轉(zhuǎn)換技術，使油井在開采過程中實現(xiàn)了模擬控制機械采油的效率，使抽油機在采油運行過程中始終保持著最佳的狀態(tài)，明顯地改善了抽油機能源消耗狀態(tài)，通過傳感器技術有效地杜絕了設備的空消耗，實現(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)運行過程中為了保證提升經(jīng)濟效益的一種重要手段，對于油田企業(yè)而言，油田采油管理的主要目的就是為了嚴格控制油井采油的成本費用，要在保證油井采油質(zhì)量和采油數(shù)量的前提下來提升采油效率。石油企業(yè)想控制成本降低費用和提高工作效率，就需要從成本的來源、控制過程、人員素質(zhì)培訓、技術創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和管理創(chuàng)新等諸多方面進行綜合管理。

2 抽油機變頻調(diào)速技術的優(yōu)點

抽油機變頻控制柜是應用在油田采油過程的一種典型的電氣控制設備，當前應用的抽油機變頻控制柜主要采用的是雙頻控制技術，它能實現(xiàn)抽油機中的能量傳遞的優(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)從而實現(xiàn)重新利用電能的目的。雙頻控制指的是在實際運行過程中控制柜內(nèi)部本身是有兩個頻率的電流的。一種是由輸往抽油機保證其正常運行的從而能夠適合抽油機運行狀態(tài)的電流頻率，另一種電流是抽油機本身由勢能轉(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備的能源利用率，這對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用到了雙變頻技術，一般變頻控制柜和此類變頻控制柜有著比較大的差異，

1）實現(xiàn)了平穩(wěn)啟動，延長了電機使用壽命。電機在額定電壓和額定頻率下直接啟動的時候，旋轉(zhuǎn)磁場被轉(zhuǎn)子繞組以同步轉(zhuǎn)速進行切割，轉(zhuǎn)子電流和電動勢都很大，其啟動電流可以達到額定電流的2至4倍，電流過大會沖擊電源，引起電網(wǎng)電壓的波動。由于電機啟動是一個快速的過程，常常會沖擊機械負載，使機械傳動部分的使用壽命大大縮短。通過對油井抽油機安裝使用變頻控制柜技術后，由于其輸出頻率從0Hz開始逐漸上升，頻率上升慢，完成電機啟動時間增加了10s左右，啟動時最大電流明顯下降，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，將電機啟動電流限制在一定的平緩上升范圍內(nèi)，有效地削弱了對機械負載的沖擊。由于變頻控制技術實現(xiàn)了電機的平均轉(zhuǎn)速下降，減小了平均轉(zhuǎn)矩，大大減少了軸承的磨損，延長了電機的使用壽命。

2）實現(xiàn)了真正的“軟起動”，因而能夠?qū)Τ橛蜋C、變速箱、電機都避免了過大的機械沖擊，大大地延長了機械設備的使用壽命，減少了因設備損壞維修的停產(chǎn)時間，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實現(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，從而減輕了對變壓器和電網(wǎng)的負擔，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有效地降低了最大載荷與最小載荷的差值，使抽油機在生產(chǎn)過程中進一步平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。使用變頻柜控制技術后電機運行電流曲線比工頻更加平緩。

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

6）能夠根據(jù)油田油井的實際供液能力，靈活調(diào)整抽油機的抽取速度，一方面達到節(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)運行中的機理

1）變頻控制柜工作原理分析

抽油機變頻控制柜是一種先進的電氣設備，其處理可再生電能源的方法主要有制動電阻、吸收電容、再生制動等。更先進的方法是使用再生制動將部分電能量反饋回電網(wǎng)。當抽油機的能量被反饋到智能變頻控制柜中后，能夠在電動機驅(qū)動抽油機工作的過程中由主變頻器從電網(wǎng)中吸收電能量。而在油井抽油機通過工作過程釋放機械動能時帶動電機運動，則由回饋變頻器把這部分機械能量轉(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)。實踐證明，其效果是非常明顯的，節(jié)能率可高達30%至60%。

根據(jù)動能守恒定律，實際運行中會產(chǎn)生一定損耗，為了有效解決這個問題，就需要利用到變頻技術，這一技術的應用將能夠把工作效率做到最大化，利用變頻器將能夠?qū)﹄娏鲝娙跻约傲飨蜻M行有效控制。變頻控制柜的主要作用就是能夠?qū)崿F(xiàn)對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很重要的原因就在于變頻控制柜能夠根據(jù)示功圖對抽油機工作進行有效分配，這樣就能夠讓那些處在同一電網(wǎng)中的抽油機在不同頻率下來工作。在降低能耗的同時變頻控制柜本身還能夠降低對抽油機設備的磨損。

2）變頻控制抽油機增產(chǎn)原理分析

動態(tài)設置通常是采取輸入最低頻率、正常頻率和最高頻率的方法，利用最小的載荷來完成最大的工作量，根據(jù)當時采集的載荷以及示功圖進行分析處理的。在抽油機動作的同―個沖程里，如果采集的載荷大于它的最小載荷，抽油機按正常的頻率運行；如果采集到的載荷小于它的最小載荷，變頻柜將會在它的最高頻率和最低頻率之間分成很多段運行。對于那些上下不平衡的油井，變頻控制柜會控制抽油機按照不同的頻率運行，以達到上快、下慢的運行目的，減少空抽動作過程，提高泵的工作效率，達到節(jié)能降耗增加產(chǎn)量的目的。

結(jié)束語

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

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