变频控制技术在油井三次采油中的应用

大庆油田 技术培训中心 杜 倩 邢文静

大庆石油钻井二公司 刘 杰

陕西省燃气设计院 王 飞

目前，在我国石油开采行业中，绝大多数油田开采都是依靠原油初次开采时的井下压力使原油和天然气自喷而出，这种开采方法实现起来比较容易，对设备要求也不高，但是在初次开发后随着地下压力的减小，原油井下压力逐渐降低，当油井无法实现自喷时，就需要向地下注水将油驱出，我国部分油田已经采用了这种二次采油方式。由于目前国内的大多油井都已经进入二次采油晚期，注入地下水每100 t驱出的原油不足5 t，即使综合计算初次原油采集和二次采集，平均采收率也只有31.2%。因此，三次采油就变得十分重要了，油田进行三次采油可以维持原油稳定、减缓油田衰老速度，是有效提高原油采收率的重要方法。

一、三次采用中的变频控制技术

三次采油主要包括三元复合驱油、微生物驱油和聚合物驱油等技术。目前油田最常用的是聚合物驱油技术，该技术通过向油井下不断注入聚合物来增大井下压力，当井下压力达到排出压力时，原油就被驱动采出。在国内的三次采油技术中，聚合物驱油技术比较成熟，对于聚合物驱油技术来说，流量计量、注聚泵以及聚合物分散装置是最重要的设备。

1.流量计量。聚合物驱油的流量计量属于高压计量，主要使用电磁流量计、高压磁流量计和金属高转子流量计。

2.注聚泵。注聚泵由动力端、液力端、传动本分及电气本分组成。电动机作为动力端，输出扭矩带动大、小皮带轮和窄形皮带，使泵减速到使用速率，由曲轴旋转，带动连杆，将旋转运动转换为往复运动，同时扭矩转换为该泵的冲次，从而驱动柱塞作往复运动。当柱塞进入向后的行程时，该泵的进液阀被打开，出液阀关闭，泵筒内腔压力变小，外界压力使液体进入注聚泵，此过程为吸入过程，直到柱塞运行到曲轴180°位置为止。与之相反，柱塞进入向前运行时，该泵的进液阀关闭，出液阀开启，泵筒内腔压力逐渐增大，泵体腔内的液体受到挤压，从而将液体排出。注聚泵结构如图1所示.

图1 注聚泵结构

3.聚合物分散装置。聚合物分散装置是采油的重要设备，其作用主要是将聚合物与水均匀充分地混合，并将混合物调配成所需的浓度、黏度以及比例。

二、变频调速的应用

目前，国内大多数油田都采用了变频调速技术来调节泵的冲次，变频调速技术利用成熟的传感器技术采集数据，通过模糊控制，制定最佳运动状态，在保证电机运行在高效率区的前提下，使得机械采收率保持在最佳状态。将变频调速技术应用在三次采油上，可以提高老油田的采油率，有利于稳定老油田的产量。变频技术可以节约日消耗费用，解决后期采油存在的“空抽”问题，从而减小设备磨损，有效提高单口井日产量；此外，变频技术的使用还具有环保性，在油田推广具有深远的意义，是绿色油田发展的新方向。

由于电机转速与工作电源输入频率成正比，据此可以对变频调速进行计算，计算公式如下。

式（1）中，n为转速，f为输入频率，s为电机转差率，p为电机磁极对数。由式（1）可知，变频调速可以通过改变电动机的工作电源频率来改变电机转速；同时也可以通过改变定子供电频率改变电机转速，从而改变电机输出功率；调节过程中，电机转速一般都低于额定转速，故在频率调节范围内通过改变频率，可以有效改善电机的特性。

流量计获取流量信号后，先送往PID（比例-积分-微分）调节器，再送往变频器，从变频器输出的信号可以在PID面板上显示。通过对PID输出进行设定，可以实现对信号控制电机转速的控制；通过闭环控制系统回路，可以实现对流量的调节。该设计不但运行平稳，而且控制精度高，节能效果显著。变频调速技术通过改变电机运行状态来控制泵的转速，从而控制油田采油所需的现场过程参数。与采用传统的阀门调节向北，该方法有效改善了采油设备的运行工况，使设备操作更为方便快捷。闭环控制过程如图2所示。

图2 变频调速闭环控制过程

三、结论

三次采油技术对老油田的稳产具有重要作用，将变频调速技术应用在三次采油中，综合初次采油可以大大提高油井产量，降低采油成本，而且具有环保、节能的优点。变频调速技术与流量计和PID控制技术结合，实现了自动控制运行，可以精确计算聚合物的实际注入量，从而保证了聚合物注入的连续性和聚合物溶液的浓度，提高了注聚效率，为降低含水率、增加产量打下了基础。变频控制技术在油井三次采油中的应用，既提高了生产的安全性和可靠性，也延长了设备的使用寿命，同时还降低了劳动强度，节约了能耗，提高了工作效率，取得了显著的经济和环境效益。