節(jié)能降耗技術(shù)在潛油電泵井的應(yīng)用

張寶柱

【摘? 要】本文主要介紹了油田潛油電泵井自動補(bǔ)償控制柜技術(shù)、永磁同步電動機(jī)技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)等一系列節(jié)能技術(shù)，以提高電泵井的排量效率和系統(tǒng)效率，為實現(xiàn)潛油電泵井整體節(jié)能降耗提供技術(shù)保障。

【關(guān)鍵詞】潛油電泵;節(jié)能降耗;技術(shù)應(yīng)用

1.電泵井能耗狀況分析

潛油電泵系統(tǒng)由井下部分（潛油電機(jī)、保護(hù)器、油氣分離器以及多級離心泵等）、地面部分（控制屏、接線盒）以及連接井下和地面部分的中間部分（電纜）所組成。系統(tǒng)工作時，電力經(jīng)過變壓器、控制器、電纜，通過電機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動多級離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體能，從而把井下液體舉升到地面。通過對排量為 250m3/d，揚(yáng)程為1000m的電泵能耗、效率進(jìn)行測試可知，分離器和離心泵的能耗是影響電泵高效運(yùn)行的主要因素。

2.潛油電泵主要節(jié)能措施

為了有效降低電泵井在電能經(jīng)機(jī)采方面的總體能耗，根據(jù)每口電泵井的實際運(yùn)行情況，有針對性的采取了綜合治理措施，相應(yīng)的推廣應(yīng)用不同電泵井節(jié)能新技術(shù)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.1 自動補(bǔ)償控制柜技術(shù)

潛油電泵井自動補(bǔ)償控制柜技術(shù)是針對目前電泵井電網(wǎng)系統(tǒng)功率因數(shù)偏低，消耗無用功過高而研制的。其原理是利用電容與潛油電動機(jī)對電壓超前和滯后的特性，在變壓器輸出側(cè)安裝補(bǔ)償器，補(bǔ)償6kV側(cè)電壓與電流過大的相位角，即功率因數(shù)，降低電網(wǎng)消耗的無用功，達(dá)到節(jié)能的目的。機(jī)采井工作時的電能能耗主要是電動機(jī)做功實際消耗的電能和電流通過導(dǎo)線傳輸時的線路損耗（P=3I2 R），簡稱線損。線損又由有功電流和無功電流組成。電動機(jī)消耗的電能不能減少，否則會影響其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而線路損耗中的無功電流卻可以通過一定的方法，使其降低到最低程度，使傳輸回路上只剩下有功電流的線路損耗。

2.2 永磁同步電動機(jī)技術(shù)

永磁同步電動機(jī)與異步電動機(jī)相比，減少了定子電流和定子電阻損耗，使其效率比同規(guī)格的電動機(jī)提高2%～8%。永磁同步電動機(jī)具有功率因數(shù)高、體積小、重量輕等特點，有利于改善電網(wǎng)供電狀況，是一種技術(shù)較成熟、工藝較穩(wěn)定的節(jié)能產(chǎn)品。

永磁同步電動機(jī)的功率因數(shù)達(dá)到0.95，比異步電動機(jī)的功率因數(shù)（0.80）高0.15，其效率為 85%，比異步電動機(jī)的效率（80%）高5%，且轉(zhuǎn)速恒定。電動機(jī)的輸入功率降低，可降低電動機(jī)無功功率，取得良好的節(jié)電效果。該電動機(jī)具備自啟動能力，適用于 90℃以下井溫的環(huán)境要求。

2.3 變頻調(diào)速

電泵機(jī)組合理的排量效率應(yīng)為 80%～120%。三次采油技術(shù)的應(yīng)用，電泵井產(chǎn)液量有較大的階段性變化，導(dǎo)致電泵機(jī)組某一段時間內(nèi)在極不合理狀態(tài)下運(yùn)行，嚴(yán)重影響機(jī)組壽命。同時，僅依靠油嘴調(diào)整產(chǎn)液，滿足不了油井產(chǎn)液量變化的需要，更換電泵機(jī)組投入費(fèi)用又比較高。因此，為了延長潛油電泵井的檢泵周期，保證正常生產(chǎn)，可采用變頻調(diào)速技術(shù)。

潛油電泵變頻調(diào)速技術(shù)是運(yùn)用變頻控制屏和普通的潛油電泵機(jī)組配套調(diào)速的工藝技術(shù)，通過變頻控制屏內(nèi)的變頻系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)，進(jìn)行自動跟蹤改變電源頻率，從而改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)多級離心泵的排量，使?jié)撚碗姳玫奶匦院陀途a(chǎn)能力相匹配、電泵機(jī)組在最佳工作區(qū)內(nèi)工作，達(dá)到減少機(jī)械及電氣故障、延長電泵井壽命、增產(chǎn)及節(jié)能的目的。變頻器頻率調(diào)節(jié)范圍通常為 30～60 Hz，能使電泵額定排量范圍擴(kuò)展到 30%～120%，擴(kuò)大了潛油電泵的合理排量范圍。

電泵變頻調(diào)速技術(shù)主要有高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)與中壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)。高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)的變頻器采用高-低-高結(jié)構(gòu)，即以低壓變頻器，配以升、降壓變壓器和輸入、輸出濾波器直接集成高壓變頻系統(tǒng)。高壓變頻系統(tǒng)采用的濾波器和變壓器都是針對具體應(yīng)用專門設(shè)計的，可有效地解決高次諧波長線傳輸?shù)膯栴}。加配降壓及升壓變壓器，一次性生產(chǎn)投入成本有所下降。在中壓范圍（三相交流 1300V，2300V）內(nèi)實現(xiàn)頻率的可調(diào)，中壓變頻器通過改變頻率，部分電泵井不僅提高液量和油量，而且保證電泵井在合理的范圍內(nèi)運(yùn)行。

2.4 變軟啟停裝置

潛油電泵機(jī)組隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時間的增加，機(jī)組絕緣隨之下降。低絕緣狀態(tài)下電泵機(jī)組的啟停操作是造成機(jī)組損壞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。電泵井在生產(chǎn)過程中，由于欠過載停機(jī)、停電、線路檢修、測試及其它地面故障等原因不可避免地需要停機(jī)和啟機(jī)操作。電泵機(jī)組在全壓啟動時，啟動電流為額定電流的4～8倍，沖擊電流會造成電動機(jī)局部溫升過大，加之電泵機(jī)組結(jié)構(gòu)的特殊性、工作環(huán)境和散熱條件的限制，高電流的啟動，嚴(yán)重影響電泵機(jī)組在井下的運(yùn)行壽命。同時產(chǎn)生較大的瞬時沖擊轉(zhuǎn)矩，容易對井下機(jī)組造成破壞。電泵機(jī)組在全壓下停機(jī)時，電動機(jī)線圈內(nèi)部將產(chǎn)生3～4倍的操作過電壓，對電泵機(jī)組的絕緣也會造成嚴(yán)重的破壞。電泵井軟啟停裝置是通過單片機(jī)控制系統(tǒng)，對可控硅導(dǎo)通角進(jìn)行智能控制，來實現(xiàn)機(jī)組啟停過程中對電壓的控制。在電泵井啟動前設(shè)定啟動時間，使電動機(jī)工作電壓由0無級連續(xù)升至機(jī)組額定電壓值，減少啟動瞬間電流對機(jī)組和電纜絕緣的沖擊;當(dāng)啟動結(jié)束時，旁通開關(guān)自動吸合，機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在停機(jī)過程中，通過調(diào)整停機(jī)時間實現(xiàn)軟停功能，電動機(jī)工作電壓由額定值無級連續(xù)降到0，避免停機(jī)過程中電壓對電動機(jī)及電纜絕緣造成的損壞。軟啟動器作為新一代電氣控制設(shè)備，主要采用電子控制技術(shù)，實現(xiàn)電泵軟啟、軟停、保護(hù)、監(jiān)測等功能，有效地降低啟動沖擊電流和停機(jī)操作過電壓。

3.結(jié)語

潛油電泵系統(tǒng)其主要能耗部件還包括潛油電纜、潛油電機(jī)和多級離心泵。加強(qiáng)潛油電泵系統(tǒng)調(diào)節(jié)單元和節(jié)能元件的研制，如可調(diào)油嘴和變頻器等，增加潛油電泵系統(tǒng)的可調(diào)因素，降低潛油電泵系統(tǒng)的能耗損失。加強(qiáng)科學(xué)管理，提高設(shè)備利用率，提高潛油電泵井的系統(tǒng)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙春民，王則賓.潛油電泵系統(tǒng)的能耗分析[J].油氣地面工程，.2005（06）.

[2] 吳瑞坤，劉啟智，張鳴宇.潛油電泵優(yōu)化設(shè)計及功效分析[J].中外能源.2006（02）.

（作者單位：大慶油田力神泵業(yè)有限公司）