電泵井變頻技術的機械及自動化在采油中的應用與認識

引言：遼河油田自應用電泵井變頻技術以來，經(jīng)歷了幾個不同的階段，對電泵井的生產(chǎn)起到了很大的影響，本文介紹了電泵井變頻器的發(fā)展情況、工作原理、在電泵井中應用的情況及存在問題，用于指導變頻技術將電泵井生產(chǎn)的優(yōu)勢更好的發(fā)揮出來。

一、前言

電泵井以其排液能力大，運轉(zhuǎn)時率、排量效率高和檢泵周期長等優(yōu)點在油田開采中得到廣泛應用，隨著油田二次開發(fā)進入工業(yè)性開采，更多電泵井的產(chǎn)液量在注入階段有較大的變化，因此需要隨時大幅度調(diào)整電泵運行參數(shù)來滿足這一要求，僅單純依靠油嘴調(diào)整，滿足不了調(diào)整的需要，只有通過更換電泵機組來滿足生產(chǎn)需求，這樣投入費用高，電泵變頻技術較好的解決了這一問題。本文將對電泵變頻技術的技術原理及適用條件進行分析和探討。

變頻器是一種輸出頻率可調(diào)的電力拖動設備，共分低壓（380V）、中壓（950-1250V）、高壓（6000V）三種變頻器，中壓變頻器輸入電壓等于或略高于潛油電機的工作電壓，變頻器的輸出通過電纜直接驅(qū)動電機，同低壓變頻器相比省掉一臺升壓變壓器，在節(jié)省投資的前提下提高系統(tǒng)效率。目前遼河廣泛應用的主要是中壓變頻器。

二、中壓變頻器的原理

潛油電泵由七個部分組成：潛油電機、保護器、分離器、潛油泵、潛油電纜、控制柜和變壓器。

潛油泵是多級離心泵，由離心泵的特性可知，離心泵的排量，揚程與轉(zhuǎn)速有關，要想改變離心泵的排量和揚程，可以通過改變泵轉(zhuǎn)速實現(xiàn)。

1、轉(zhuǎn)矩提升性

變頻器和電機相距較遠，在低速運行或起動時，電機轉(zhuǎn)矩就有可能不足，變頻器可通過增加轉(zhuǎn)矩提升值達到轉(zhuǎn)矩提升，受電機影響，此值設定為10%較為合理（由于此值設定過大，電機會過熱）。

2、軟啟動性

變頻器可設定加速時間和減速時間。潛油電泵與變頻器配套使用后，變頻機組的啟動頻率和運轉(zhuǎn)頻率可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整。啟動頻率可以調(diào)在10Hz低頻率狀態(tài)下進行軟啟動，而這時的起動電流遠小于非變頻機組的起動電流。機組起動之后頻率隨著時間成正比線性上升，同時變頻后的輸出電流、電壓跟隨著頻率的不斷變化，平穩(wěn)的增加到額定值。有效的避免了每次起動因強大起動電流的沖擊給機組的絕緣造成損傷和破壞，也因為起動電流減小所以穩(wěn)定了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

3、變頻性

傳統(tǒng)的電機工作頻率是50Hz，應用變頻器后的理論輸出頻率可達0-80Hz，在實際應用中由于要考慮到電泵電機的承受能力一般應用在35Hz-55Hz之間（頻率小于35Hz，電機無法正常運轉(zhuǎn);頻率大于55Hz，額定電流超過電機的額定電流，電機易損壞），擴大了工作范圍。

4、潛油電泵變頻后的特性曲線

該曲線說明：在潛油電泵揚程一定的情況下，電機的運轉(zhuǎn)頻率越大，電泵井產(chǎn)量越高。

三、電泵變頻后參數(shù)計算

Q1=Q（

60f1×（1-S1）P1

）

60f×（1-S）P

1、排量、揚程、功率的計算：

由公式

Q1=Q（

f1

）

f

而式中的S、P對于同一臺電機而言是固定不變的，即S1=S，P1=P，所以上式可化為

可得到變頻后揚程、功率的公式

H1=H（

f1

）2

f

P1=P（

f1

）3

f

式中：Q1、H1、P1、f1——調(diào)頻后的實際排量、揚程、功率、頻率

Q、H、P、f——調(diào)頻前的額定排量、揚程、功率、頻率

η1=（

Q日

）=（

Q日f

）

Q1

Qf1

2、排量效率的計算：

3、合理過欠載值的設定

電泵機組安裝變頻器后的過、欠載值以調(diào)頻后的實際運行電流為基準，過載值為實際運行電流的1.2倍，欠載值為實際運行電流的0.8倍。

四、電泵變頻后合理工況的制定方法

安裝變頻器后電機能夠正常工作，無過、欠載停機現(xiàn)象。"安裝變頻器后要求測試隊一天復測一次動液面，連續(xù)測五天，觀察動液面的變化情況。動液面恢復穩(wěn)定后，要求安裝變頻器的電泵井流壓保持在3.5MPa左右，沉沒度保持在350米左右為合理工況，如未達到要求，可繼續(xù)調(diào)整頻率直至達到要求。

分析上調(diào)頻井無效的原因：

1、受電機的影響，一方面目前我廠電泵機組均是電泵廠根據(jù)油田的實際需求經(jīng)過科學計算匹配組成的，這些電機在泵排量效率達到90%以上時，運行電流接近或達到電機的額定電流，如上調(diào)頻率過大容易導致電機的運行電流超過了額定電流，電機超負荷運轉(zhuǎn)，容易燒電機;電機轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，上調(diào)頻率時電機轉(zhuǎn)數(shù)增加，電機發(fā)熱量同時增加，造成電機溫升過高，加速絕緣老化，容易燒電機，所以上調(diào)頻率不易過高。

2、由于采出液中聚合物含量較高，容易產(chǎn)生滑脫，從而導致上調(diào)頻率時雖然轉(zhuǎn)速上升但產(chǎn)量不升，液面仍抽不下去的現(xiàn)象。

五、結論

1、變頻控制柜和普通潛油電泵機組配套使用，可以擴大潛油電泵的應用范圍，提高它的適應能力，在油嘴縮至最小仍無法正常生產(chǎn)的情況下，通過安裝變頻器下調(diào)頻率可恢復大部分油井的正常生產(chǎn)。

2、可以通過頻率調(diào)整對潛油電泵的最佳工作條件進行摸索，使?jié)撚碗姳脵C組在最佳條件下運行，減少機組的磨損和電氣絕緣的老化。潛油電泵通過安裝在變頻控制柜內(nèi)的變頻系統(tǒng)，根據(jù)油井的實際生產(chǎn)情況，改變電源的工作頻率，從而改變電機的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)潛油電泵的排量，使?jié)撚碗姳玫奶匦院陀途a(chǎn)能力相匹配。

3、變頻裝置的軟啟動性有效的避免了每次起動因強大起動電流的沖擊給機組的絕緣造成損傷和破壞，也因為起動電流減小，穩(wěn)定了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

4、變頻器的上調(diào)與下調(diào)效果相比較，下調(diào)效果明顯好于上調(diào)。

參考文獻

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（作者單位：遼河油田分公司沈陽采油廠）