淺談變頻調速技術在三次采油中的應用和意義

戴海峰

（渤海石油裝備制造有限公司石油機械廠，河北 滄州230041）

以往我國石油開采行業絕大多數油田開采依靠的都是一次采油技術。一次采油技術是在原油初次開采時，利用井下壓力使原油和天然氣自噴而出。這種原始的開采方式對設備和技術的要求比較低，一般應有于油田開發的初期。油田經過一次采油技術開采后，地下壓力的變小，原油井下壓力不足以使原油和天然氣自噴，要對油井繼續開采，就必須使用二次采油技術。二次采油技術是通過向地下注水增加井下壓力，將原油和天然氣驅出。目前我國部分油田已經采用了二次采油技術。由于各大油田的開發進程不一，一些開發力度大的油田，也已經進入二次采油晚期，向地下注水的采油率不足百分之五，綜合計算初次原油采集和二次原油采油的采集率也剛剛超過百分之三十。因此，為了保證油井的采油率，三次采油技術的采用變得非常必要。各大油田進行三次采油，既可以維持原油穩定，減緩油田衰老速度，提高原油采收率，又符合我國能源戰略要求。

1 三次采油概述

（1）三次采油的原理。三次采油技術是在油田經過一次和二次采油之后進行的更進一步的采油技術手段，其主要通過改變油井內部石油、氣體、水和巖石之間的物理化學特性的方法，達到第三次對油進內的石油進行開采目的。

（2）三次采油的現狀。聚合物、微生物、三元復合驅油是目前三次采油中運用的主要手段，而聚合物是最普遍采用的方法。

聚合物驅比水驅增加了一倍的采油率，是東部老油田經過二次采油后，油井進入高含水后期，保持穩產的重要措施之一。大慶、大港、勝利等油田一些開采進度比較快的大油田已經進行了聚合物驅油，其中大慶油田使用聚合物來進行驅油之后，年產油量已達一千一百萬噸以上。在三次采油過程中，聚合物驅油法采用往地下注入聚合物的方法增加油井的采油率方法被國內的一些大油田廣泛采用，使聚合物驅己形成了系統的配套工藝技術，并且在我國大慶和勝利等東部傳統的大型油田基地中形成規模較大的工業化生產。

2 三次采油中的變頻控制技術

變頻技術在三次采油中的應用，實際上就是利用變頻器基于上述原理采用電源變換技術，將電力電子、微電腦控制等技術集合在采油設備之上綜合性電氣化技術的實踐應用過程。

油田常用利用聚合物進行驅油，它是利用向油井注入聚合物，提高井下壓力來將井下的原油壓迫出油井。影響聚合驅油技術的重要設備有流量計量、分散裝置和注聚泵。

（1）流量計量設備通常是采用高壓計量的方式進行計量。主要的流量計量工具有電磁、金屬高轉子和高壓磁流量計。

（2）聚合物分散裝置的主要功能是將聚合物進行充分混合，之后將混合物配置成所需要的黏度、濃度和比例的采油設備。

（3）注聚泵（圖1）組成包括液力端、動力端、電氣本分和傳動本分。

注聚泵的工作原理：通過電動機提供動力，利用扭矩轉動窄形皮帶和大、小皮帶輪，通過泵過渡至使用速率，通過曲軸的旋轉，來驅使連桿，使旋轉的運動轉化為來回運動，與此同時扭矩轉化為聚注泵的沖次，使驅動柱塞來回運動。在柱塞進入泵筒向后運功過程中，泵中的進液閥被打開，同時出液閥被關閉，泵筒內壓力開始變小，壓力迫使液體流入注聚泵，這個液體吸入的過程將延續至柱塞移動到曲軸一百八十度位置為止。同樣，柱塞進入泵筒內向前移動的過程中，泵的進液閥將會關閉，同時出液閥將會開啟，泵筒的內腔壓力開始變大，泵體內的液體將被壓力擠壓。

圖1 注聚泵結構

3 三次采油中變頻調速技術的應用

國內多數的油田都通過變頻調速這項技術去調整泵的沖次。變頻調速技術其實是通過運用傳感器來采集數據，進過模糊控制，預設最佳運動狀態，在電機運行保持高效率的前提下，讓機械采油率維持在最優水平。三次采油中運用變頻調速技術，通過更加高效實用的技術手段，提高老油田的整體采油率，有助于維持老油田的原油產量的穩定。變頻技術節約了每日消耗的費用，有利于處理后期存在的的采油“空抽”局面，使設備的磨損減小，有利于增加每口油井的每日采油量；變頻技術的采用有助于提高采油過程的環保性，具有極其深遠的推廣意義，同時也有助于油田向綠色油田的發展方向前進。

變頻調速技術是通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。其原理是電機轉速和工作電源輸入頻率成正比，即

其中，

n為轉速；

f為輸入頻率；

s為電機轉差率；

p為電機磁極對數。

由式中的函數表達可以推測，變頻調速能夠通過轉變電動機的電源頻率影響電機轉速，也能夠通過轉變定子供電頻率影響電機轉速，進而影響電機輸出的功率。在調節的過程中，日常電機轉速低于額定的轉速，因此可以通過改變頻率調節范圍內的頻率，更好的改良電機的性能。流量在獲取信號之后，先傳遞PID調節器，再傳遞到變頻器，經過變頻器的輸出信號在PID的面板之上顯示出來。對PID的輸出數據進行預先設定，達到利用信號來調整電機轉速的目的。經過閉環控制系統的回路時，進行流量的調控。這個設計具有運行平穩、控制精度高和低能耗的特點。變頻調速技術利用轉變電機運行狀態去控制泵的轉速，進而調整油田采油需要的現場的過程參數，其和采用傳統采油設備中的閥門調整相比較，更好地改善了采油設備實際中的運行工況，提高了設備操作的方便性。

4 變頻調速技術在三次采油中的意義

在三次采油的過程中結合變頻的調速技術，利用壓力流量測試技術與PIA的控制技術可以實現提高產量，降低成本，節能環保和延長機器壽命的。通過變頻調速技術的改良，采油過程中不僅降低了工作人員的勞動強度，而且減少了在三次采油過程中的繁瑣工作，提高了工作效率，增加了油田整體的采油效率，提高了油井的產量；變頻調速技術的采用使采用的機器設備工作過程中具有良好的連貫性和密封性，在增加機器運轉效率的同時，也更加的環保，減少了油田采油過程中造成的污染問題，符合以后綠色油田發展的大方向；變頻技術使采油設備具有了軟啟動和軟停止的功能，避免了啟動電流大對設備本身的沖擊。更完整的機器功能，減少了機器運轉中不必更換其中的零件，從而降低了采油設備損壞的幾率。更科學合理的設備整體設計，使采油設備性能更優良，使用壽命更長。

5 結束語

三次采油對穩定我國成熟油田的產量有著重要意義。變頻調速技術是三次采油中科技對設備的應用升級，其有針對性地解決了傳統采油設備中存在的一些問題，是三次采油工作取得良好的成績的重要因素之一。變頻調速技術在采油的過程中縮減了采油中一些工作過程，如消除了傳統注聚泵使用使更換泵塞的工作，不僅減少了工作量，而且也變相的增加了采油的環保性。變頻調速技術的在三次采油中的重要性，已經被國內大慶和勝利等大型油田所熟知，在今后的三次采油工作中將會被越來越多的采用。

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