抽油機(jī)井變頻柜在油田現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用詳細(xì)介紹

這4口井是2005年新投的油井，經(jīng)過(guò)初期短暫的高產(chǎn)后，日產(chǎn)液大幅度下降，平均泵效僅為10.7％，平均系統(tǒng)效率僅為6.1％。除118-160井外，其它三口井沖次己經(jīng)接近最小，無(wú)法調(diào)小沖次。

2、試驗(yàn)井效果

(1)、沖次任意調(diào)節(jié)

不用更換皮帶輪，不需停產(chǎn)調(diào)節(jié)速度，提高了生產(chǎn)效率。解決了因調(diào)速造成的停產(chǎn)和沖次無(wú)法調(diào)小問(wèn)題。

(2)、分段轉(zhuǎn)速控制

通過(guò)變頻對(duì)抽油機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，根據(jù)抽油機(jī)的特殊工況，把轉(zhuǎn)速控制細(xì)劃為上沖程轉(zhuǎn)速控制和下沖程轉(zhuǎn)速控制，減少漏失，提高泵充滿程度，提高泵效。

(3)、提高油井的產(chǎn)量和泵效

根據(jù)油井的實(shí)際供液能力，動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度，使油井的供排協(xié)調(diào)，減少泵的空行程，提高泵效。4口井，提高泵效16.58％，日產(chǎn)液提高0.5，日產(chǎn)油提高0.2。

(4)、提高功率因數(shù)

使用變頻器后，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)提高到接近1，從而減輕了電網(wǎng)和變壓器的負(fù)擔(dān)，降低了線損，節(jié)省了無(wú)功損耗的電費(fèi)。

(5)、對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備無(wú)沖擊

　　當(dāng)電機(jī)在工頻狀態(tài)下啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流相當(dāng)于5～7倍額定電流，對(duì)抽油設(shè)備和供電電網(wǎng)造成很大的沖擊，尤其是118-160井稀土永磁電機(jī)在啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生很大的電流和震動(dòng)，使用變頻后電機(jī)柔性啟動(dòng)，使啟動(dòng)電流降至3-4倍，減少了對(duì)電網(wǎng)和抽油設(shè)備的沖擊。

(6)、改善了抽油桿受力狀況

　　光桿抽油速度對(duì)抽油桿受力有很大的影響，變頻降沖次和優(yōu)化上下沖程速度實(shí)現(xiàn)上慢下快，改善抽油桿循環(huán)特性。

(7)、提高系統(tǒng)效率

　　變頻器應(yīng)用油井使供排協(xié)調(diào)，泵充滿程度提高，改善桿管應(yīng)力，提高了井下效率；減少地面無(wú)功損耗，提高了地面效率，整體上系統(tǒng)效率明顯提高。

(8)、減少電機(jī)能耗

　　油井調(diào)小頻率，平均輸入功率減少3.66kw，平均噸液耗電減少27.62kw.h，平均日耗電減少87.78kw。

(9)、負(fù)功能夠回饋電網(wǎng)

　　對(duì)生產(chǎn)中的負(fù)功，使用回饋式制動(dòng)單元，能把再生電能回饋電網(wǎng)。內(nèi)部已經(jīng)安裝有電抗器和噪聲濾波器，全程噪聲過(guò)濾，不會(huì)污染電網(wǎng)和干擾其他設(shè)備。

(10)、減少熱洗清蠟的負(fù)影響

　　油井熱洗時(shí)，調(diào)頻提高沖次，增加理論排量，強(qiáng)排生產(chǎn)，可以明顯縮短含水恢復(fù)期，減少影響產(chǎn)油量。

六、經(jīng)濟(jì)效益分析

⑴產(chǎn)出費(fèi)用

①節(jié)省電量費(fèi)用：

3.66kw×24h×360d×0.47元/kw.h＝14862.5元

②少影響產(chǎn)油量費(fèi)用：

洗井影響：1445元/噸×2噸/次×10次＝28900元

③增產(chǎn)量：

1445元/噸×0.2噸×360天＝104040元

合計(jì)：14.7802萬(wàn)元

⑵投入費(fèi)用

①設(shè)備投入費(fèi)用：整套設(shè)備投資32000元

這套裝置投入產(chǎn)出比是1：4.618，而且這套裝置壽命較長(zhǎng)，可以長(zhǎng)久使用，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

七、結(jié)論

　　從變頻器應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析，變頻器一次性投入較高，但解決了機(jī)械采油系統(tǒng)功率因數(shù)低、電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、負(fù)載率低、能耗大的問(wèn)題。電機(jī)起動(dòng)性能良好、功率因數(shù)提高到0. 98 、節(jié)電率達(dá)40 %以上。

◎變頻后無(wú)極調(diào)速，調(diào)速范圍廣，調(diào)速過(guò)程平滑；

◎調(diào)頻后功率因數(shù)接近1；

◎柔性起動(dòng)，可大幅度降低對(duì)供電變壓器裝機(jī)容量的要求，并使電機(jī)振動(dòng)及噪音大大減小。

◎降低抽油泵容積損失，提高了泵充滿系數(shù)。

◎抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能得到改善，動(dòng)載荷明顯減少，載荷線光滑平直。

◎減少桿管磨損次數(shù)，改善桿管受力狀態(tài)，延長(zhǎng)桿管壽命；

◎降低電機(jī)輸入功率和油井噸液耗電。

③Y一△轉(zhuǎn)換

Y一△轉(zhuǎn)換適合功率利用率低、大馬拉小車嚴(yán)重的抽油井使用。電機(jī)三角形啟動(dòng)后，再將定子繞組切換成星型接法運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)換后平衡變差，如果角接時(shí)平衡性差，轉(zhuǎn)換后平衡性更差，現(xiàn)場(chǎng)需要轉(zhuǎn)換井平衡性好。

④功率因數(shù)控制器

功率因數(shù)控制器，主要是采用單片機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)電壓與電流之間的相位差變化，控制晶閘管的導(dǎo)通角，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的供電電壓，使電機(jī)在空載或輕載時(shí)降壓運(yùn)行從而達(dá)到提高功率因數(shù)，節(jié)能的目的。但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中節(jié)電效果不太理想，主要原因是電壓的變化速率跟不上電流的變化速率。另外由于可控硅引起電流產(chǎn)生諧波，受瞬變電勢(shì)和瞬變電流的影響，引起電機(jī)發(fā)熱和振動(dòng)，影響了節(jié)電效果。

⑤無(wú)功補(bǔ)償器

無(wú)功補(bǔ)償器主要是采用加裝一定容量的電容器對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，減少無(wú)功電流來(lái)提高功率因數(shù)，降低供電變壓器負(fù)荷，從而降低網(wǎng)損達(dá)到節(jié)電的目的。目前這種技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，效果也較好，缺點(diǎn)是不能提高電機(jī)效率，也不能降低電機(jī)輸入功率，功率因數(shù)提高到0.5～0.6，電容器容易損壞。

⑥變頻控制器

變頻控制柜是實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)可由0. 25～0. 50 提高到0. 90以上，從而減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān)，降低了線損。操作方便，不需停產(chǎn)即可根據(jù)油井的實(shí)際供液能力，動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度。利用最新研制的四象限矢量控制變頻調(diào)速器，配以過(guò)程控制、位置傳感等技術(shù)改造現(xiàn)有的抽油機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)油井節(jié)電、增效和增產(chǎn)，從而提高整個(gè)有桿抽油系統(tǒng)的機(jī)采效率。

2、優(yōu)化參數(shù)分析

優(yōu)化抽油參數(shù)是根據(jù)油井動(dòng)態(tài)變化，以低能耗為目標(biāo)及時(shí)調(diào)整抽油參數(shù)。做法是長(zhǎng)沖程、低沖次、合理泵徑。選擇低沖次的方法是很重要的工作。

常規(guī)抽油機(jī)生產(chǎn)時(shí)油井平均沖次計(jì)算公式：

式中： s—電機(jī)轉(zhuǎn)差率；

—電源頻率，hz；

—電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。

調(diào)換小直徑皮帶輪是現(xiàn)場(chǎng)普遍采用的方法，成本低，使用方便，除非換12極電機(jī)否則最多能降到4次/分。增加抽油機(jī)減速箱傳動(dòng)比有兩種方法：一種是更換大總傳動(dòng)比更大的減速箱，傳動(dòng)比至少要達(dá)到32；另外一種是對(duì)減速箱技術(shù)改造，在原減速箱基礎(chǔ)上更換短齒齒輪。這兩種方法成本高，不宜在現(xiàn)場(chǎng)使用。

換減速箱大皮帶輪直徑成本較高，可操作性差。

表2 降低電機(jī)轉(zhuǎn)速方案對(duì)比

綜上所述，對(duì)比可實(shí)施的幾種方案（表2），從優(yōu)選節(jié)能設(shè)備和優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)的角度考慮，對(duì)于一些低產(chǎn)井和液面波動(dòng)大的井，由于受到皮帶輪最小包角和沖次有級(jí)調(diào)整的限制，達(dá)不到供排合理的抽油機(jī)井使用變頻控制柜是最理想的選擇。

三、抽油機(jī)井變頻調(diào)速適應(yīng)性分析

1、變頻對(duì)輸入功率影響

輸入功率 與油井工作制度關(guān)系可以用下式表示：

上式表明：影響輸入功率大小關(guān)鍵因素是沖程和沖次乘積，也就是光桿運(yùn)行速度。其它參數(shù)不變，油井能耗與抽汲速度成正比。沖次將隨著電源頻率的改變而改變，而且兩者的變化為正比關(guān)系。因此調(diào)低頻率油井輸入功率降低。