抽油機(jī)井變頻柜在油田現(xiàn)場的應(yīng)用

作者：時(shí)間：2010-09-26 來源：網(wǎng)絡(luò)

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2、變頻技術(shù)對抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響

抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)模型簡化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度公式：

根據(jù)前面的分析，由于抽油機(jī)電機(jī)的電源頻率發(fā)生了改變，從而導(dǎo)致了電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)在上下沖程的改變，最終改變了抽油機(jī)曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)的角速度ω，使抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生了改變：在上沖程過程中，懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度、加速度減小；在下沖程過程中，懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度、加速度增大。

3、變頻對抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷的影響

抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷主要包括抽油桿柱載荷、作用在柱塞上的液柱載荷、以及慣性載荷。其中，抽油桿柱載荷、液柱載荷是靜載荷，它不隨懸點(diǎn)速度、加速度的改變而變化，而慣性載荷隨之變化。

根據(jù)上面的分析，抽油機(jī)井在采用變頻調(diào)速后，改變了上下沖程過程中的懸點(diǎn)加速度，導(dǎo)致上沖程過程中液柱慣性載荷和抽油桿柱慣性載荷都減小，而下沖程過程中，只引起抽油桿柱慣性載荷的增大，最終的結(jié)果是引起懸點(diǎn)最大載荷比變頻前有明顯的下降，而懸點(diǎn)最小載荷比變頻前稍有增大。

4、變頻對井下抽油桿應(yīng)力的影響

鋼制抽油桿極限交變次數(shù)按700萬次～1000萬次計(jì)算，不同沖次時(shí)抽油桿的使用壽命見下圖。

可見，油井的沖數(shù)越高，抽油桿使用的年限越短。如果井下偏磨或腐蝕，抽油桿使用壽命大大降低。調(diào)低頻率后，降低沖數(shù)，，減少循環(huán)次數(shù)，抽油桿使用壽命延長。進(jìn)一步變頻，采取上慢下快的抽油方式，使懸點(diǎn)最大載荷減小，最小載荷增大，改變了井下抽油桿的循環(huán)特性，降低應(yīng)力幅度，延長了桿的使用壽命。

5、變頻對抽油井偏磨的影響

油井偏磨是導(dǎo)致油井作業(yè)的重要原因。抽油桿柱實(shí)際軸向分布力越小，臨界軸向壓力越小，抽油桿柱越容易彎曲，從而導(dǎo)致偏磨。抽油機(jī)井變載荷運(yùn)行使抽油桿產(chǎn)生彈性振動(dòng)，振動(dòng)載荷由下至上逐步增大，直接影響軸向壓力的變化，當(dāng)軸向壓力增加到一定程度時(shí)，桿柱將屈曲變形產(chǎn)生徑向接觸力，增加了桿管偏磨。沖次增加，增加了振動(dòng)幅度，在中和點(diǎn)部位增加了軸向壓力，將增加抽油桿彎曲沖擊的動(dòng)量和沖量，這將增加桿柱的軸向作用力。在該壓力達(dá)到足夠大的情況下能夠使桿柱失穩(wěn)彎曲，抽油桿受到軸向壓力越大，隨之產(chǎn)生的側(cè)向力也越大，從而加快了桿管的偏磨。使用變頻后可以下調(diào)沖次，減少桿柱軸向作用力，降低甚至避免偏磨的發(fā)生。

6、變頻對油井產(chǎn)量和泵效的影響

對于供液充足的油井，在保證合理沉沒度即動(dòng)液面的情況下，增大電源頻率調(diào)高沖次，提高油井的產(chǎn)液量，發(fā)揮油井的生產(chǎn)潛力和增大有效功率。

對供液不充足的油井，由于影響油井供液不足的原因一是地層本身的供液能力差，二是油井抽油參數(shù)相對偏大。因油井地層能量低，而抽油參數(shù)又相對偏大，抽油泵在吸液過程中還未來得及充滿就轉(zhuǎn)入了排液過程，造成了抽油泵充滿程度低，使得抽油井實(shí)際被舉升的液量少，泵效低，這樣就造成了抽油井的有效功率小，系統(tǒng)效率低。對于這樣的抽油井應(yīng)調(diào)小電源頻率，降低沖次。針對油井生產(chǎn)狀況，利用上下沖程電源頻率調(diào)整的技術(shù)，調(diào)整上下沖程抽汲速度，上慢下快，提高泵的充滿程度；上快下慢，減少泵的漏失。

7、變頻對油井熱洗清蠟的影響

低沖次采油后，油井抽油速度降低，產(chǎn)出液在油管內(nèi)流速降低，結(jié)蠟速度增大，洗井周期縮短，洗井返排時(shí)間延長。使用變頻器后，洗井前手動(dòng)按鈕提高頻率，沖次由2～3次/min提高到6次～7.3次，理排提高2倍～3.65倍，含水恢復(fù)期和影響產(chǎn)油量大幅度下降，效果明顯，當(dāng)含水正常后再調(diào)回原來的頻率和沖次。

8、變頻對稀土永磁電機(jī)的影響

稀土永磁電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩可以達(dá)到2.7-3.5，而普通電機(jī)僅為1.8-2.0，能取代比它大兩個(gè)功率等級的普通電機(jī)，運(yùn)行時(shí)各種負(fù)荷狀態(tài)時(shí)都具有很好的效率和功率因數(shù)，節(jié)能效果顯著，目前是油田大力推廣的抽油機(jī)拖動(dòng)裝置。但不可否認(rèn)，稀土電機(jī)也有明顯的缺點(diǎn)。永磁電機(jī)和變頻器配套應(yīng)用，可以優(yōu)勢互補(bǔ)。利用變頻調(diào)速裝置的軟起動(dòng)功能能夠平穩(wěn)起動(dòng)永磁同步電機(jī)，從而解決其振動(dòng)及噪音大的缺陷；利用變頻調(diào)速裝置的頻率調(diào)節(jié)功能能夠使永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速無級可調(diào)，實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，兩者的結(jié)合是目前最理想的高效調(diào)速方式。

四、抽油機(jī)井變頻器工作原理、技術(shù)參數(shù)

1、工作原理

IPC－MD系列變頻器采用了最新的雙PWM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的四象限運(yùn)行變頻控制技術(shù)。變頻器主要采用交一直一交方式．變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器。且輸出為PWM波形，中問直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源。然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成不同頻率的交流電供給電動(dòng)機(jī)。使電動(dòng)機(jī)獲得無極調(diào)速所需要的電壓電流和頻率。