關于抽油機井變頻調參節能管理的現場實踐

劉國權（大慶油田有限責任公司第五采油廠）

近年來，油田持續應用節能新技術、新設備，提高了節能設備挖潛的技術水平，其中變頻調速設備在油田生產中表現出較好的適應性，在油田設備更新過程中得到廣泛應用。以XX 區塊為例，由于該區塊處于聚驅開發受效后期，調參工作頻繁[1]，在該區塊246 口井上安裝了變頻設備157 口，為了更好的利用變頻設備實現節能降耗，針對該地區開展變頻器調參管理節能實踐，具有較好的經濟意義[2]。

1 變頻器工作原理

變頻器是通過改變電動機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。主要工作原理（圖1）：輸入側工頻交流電源經整流電路轉換成直流電，直流電經中間電路濾波后送到逆變電路；控制電路主要是產生驅動脈沖，控制逆變電路將直流電轉換成頻率可變的交流電。

2 變頻器調參節能試驗

通過現場變頻器使用情況反映，現場調參方便，減少了調參換皮帶輪時間和措施工作量[3]。但是變頻調小參數節能包括調小參數和變頻器節能兩方面[4]，為確定變頻器節能效果和摸索調參方法，在XX區塊S1井采取同工況改變變頻器頻率能耗測試，首先采用輪徑4 次進行試驗，再采用5 次輪進行試驗，同參數變頻節能測試見表1。

對比 4 次輪 50 Hz 與 5 次輪 38.9 Hz 同沖次情況下，變頻器節電4.06 kWh；對比4 次輪37.5 Hz 與5 次輪30 Hz 同沖速情況下，變頻器節電5.11 kWh。對比4和5次輪50 Hz情況下工頻運轉能耗較低。通過同參數情況下，得出兩點結論：一是工況允許情況下，變頻器頻率越低，節能效果越明顯的認識；二是變頻器在50 Hz條件下運行，應使用工頻生產。

圖1 變頻器基本原理

表1 同參數變頻節能測試

3 現場變頻器調參節電管理實踐

3.1 措施方案

據現場變頻調參經驗，變頻器調小頻率可降低電源頻率，相當于使用小一級電動機，同時能夠提高功率因數[5]；但由于變頻器的工作頻率范圍是20～60 Hz，電動機額定頻率為50 Hz，因此，電動機不宜在過低頻率[3]和高頻率下運轉，頻率過低速度太低散熱不好，易燒電動機；頻率過高磨損加大，扭矩降低。按照上述思想，結合該區塊單井情況和拖動設備應用情況，采取同井號工頻條件換電動機皮帶輪調參，變頻條件采取變頻調參，變頻配合皮帶輪調參三種措施，對比現場調參的節電效果，摸索更經濟合理的變頻調參方法。

3.2 措施井效果及分析

據統計，x1 井日產液12.4 t，泵徑44 mm，沖程2.5 m，沖次6 次/min，理論排量32.85 t/d，泵效37.75%，測試功圖顯示供液不足（圖2）[6]，有功功率曲線顯示存在負功（圖3）[7]，電動機為普通三項異步電動機，皮帶輪為6次輪，控制柜為變頻調速裝置[8]，日能耗143.59 kWh。結合地面參數情況，有下調余地[9]，計劃調整為4 次輪，按照措施方案實施以下調參節能管理措施。具體措施及效果見表2、調后有功功率曲線見圖4。

圖2 測試功圖

措施井效果分析：在相同工況下，利用變頻裝置實施參數調整，調參節電效果比較明顯。其中沖次為4次/min情況下，運用4次輪進行50 Hz變頻和工頻條件下電量消耗對比，變頻器日耗電多2.4 kWh；應用5、6、7.5次輪電量都有不同程度下降，證明在皮帶輪大小（考慮皮帶包角、機型）允許的情況下，變頻可在20～50 Hz范圍內，選擇低頻大輪運轉方法，充分發揮變頻效果，且調參后功率曲線有所改善，電動機輸出功率趨于平緩狀態[10]，也有一定的節電效果。以應用5 次輪頻率34 Hz 和7.5 次輪頻率27 Hz 對比，單井日耗電9.1 kWh，節電率為8.16%，按照電價0.637 1元/kWh計算，日節約費用5.79元/d。XX區塊有變頻設備157口井，按大輪小參的參數優化方式，節電率按照8%計算，年可節約電量50.37×104kWh，可節約電費32.09 萬元。

圖3 調前有功功率曲線

表2 具體措施及效果

圖4 調后有功功率曲線

4 結論與認識

1）在相同工況下，針對應用變頻器的井，按照大皮帶輪低頻率的參數優化方式，在不改變參數的前提下，能夠達到較好的節電效果，節電率可達到8%左右。

2）在參數調整過程中，使用變頻器實施參數調整，按照變頻的頻率工作范圍20～50 Hz，應盡量使用低頻率生產，降低電動機自身損耗實現節能。

3）針對存在負功嚴重井，對比工頻和變頻情況下的單井能耗，變頻器正常運轉情況行下較工頻運轉能耗高，因此，建議存在負功嚴重井采用工頻生產，待負功消除后恢復變頻生產。