机采系统变频调速控制技术的应用

王晓蒙

摘 要 油田持续开采导致机采系统规模不断增大，单井耗电量成为采油生产管理的工作重点。文中对机采系统中存在问题进行了阐述，介绍了机采系统变频调速控制技术原理及特点，对运用变频调速控制技术改造的抽油机井的能耗进行了分析，结果表明节能效果明显。

【关键词】机采系统 变频调速 原理 特点 应用效果

随着油田持续开采，机采设备日益老化，能耗持续增加，节能降耗成为油田关注的重点，统计表明，油田绝大部分能耗集中在机采、注水、电力、热力等方面，其中机采系统能耗占比较大，推进机采系统节能技术改造能够显得尤为重要。变频节能控制技术具有技术先进、功能齐全、安全节能等优点，因此，加强机采系统变频调速控制技术应用，提升机采系统工作效率，降低抽油机井吨液耗电，节约油田生产成本具有重要的意义。

1 机采系统存在问题分析

大庆油田经过五十多年的勘探开发，目前油田已经进入开采中后期，地层能量下降，采出液中高含水、高含沙，开采难度加大，对机采系统要求越来越高，然而机采系统中存在诸多问题，主要表现在：油田开采时间较长，油井数量多，抽油机设备种类繁多，设备更新换代慢，早期投产设备技术落后，能耗较高，不利于节能降耗。投资不足导致老式抽油机数量仍占比较大，老式抽油机电机负载率和功率因数均较低，油井吨液耗电较高。老式抽油机机采系统工作效率较低，很多在极限条件下运行，曲柄销、底盘断裂的情况较为常见，老式抽油机大部分使用的是普通控制柜，智能化程度较低，对用电设备的保护功能有限，存在较多安全隐患。多年开采导致地层供液不足，出现了抽油机抽吸度不足或空抽现象，不能通过简单的调整生产参数来改善抽油机工作状态，导致机采系统工作效率下降。

2 机采系统变频调速控制技术原理和特点

2.1 变频调速控制技术原理

机采系统变频调速控制技术是使用变频器、位置传感器和控制电路来实现对抽油机智能化控制，能够使抽油机工作制度更加合理。机采系统变频调速控制技术可任意调节抽油机上、下冲程的时间，使抽油机工作状态与抽油机的工况和产液量相适应，从而提高抽油泵充满系数和排量系数；能够无极调节抽油机的冲次，使冲次达到最佳，提高抽油机工作效率，降低能耗；变频调速控制技术能够有效降低启动电流，防止启动电流过大损坏用电设备，还能有效降低机采系统的装机容量；变频调速控制技术能够减小电网波动，降低电机工作的无功功率，提高机采系统功率因数；变频调速控制技术安全性较高，能够对电动机进行过流、过载、欠过压保护，减少机采系统故障的发生；对于开采时间较长导致产液量不足的井，可实时改变机采系统工作制度，使抽油机抽汲能力与井底流入條件匹配，提高机采系统工作效率。

2.2 变频调速控制技术特点

（1）变频调速控制技术可以方便的条件抽油机上、下冲程速度，使抽油机达到最佳工作状态。在抽油机冲次不变的情况下，可通过调节抽油机电机频率，改变抽油机上下冲程速度。控制抽油机上行时电动机频率高于下行时电机的频率，可使抽油机上冲程速度高于下冲程速度，从而使抽油泵的漏失量降低，提高产液量；反之，当控制抽油机下行频率高于上行时电机的频率，能够使抽油机下冲程时间较上冲程时间短，能够提高抽油泵的充满系数，从而提高产液量。

（2）变频调速控制技术可以实现软启动，降低启动电流，减小机采系统装机容量，提高系统功率因数。同时减小冲击电流，提高系统安全性。

（3）变频调速控制技术可以实现对抽油机的无极调节控制，减小电动机扭矩波动，降低能耗，提高了机采系统工作效率。

（4）变频调速控制技术可对实现对抽油机的智能化控制，可在线检测和控制抽油机工作状态，对抽油机运行电流、功率、频率及扭矩进行实时监测，根据抽油机工作参数，实时改变抽油机工作状态，实现对抽油机过流、过热保护，同时还具有电机故障自动恢复功能，减少电机运行故障。对于供液不足的井，通过智能化控制可实现自动间抽功能，提高机采系统运行效率。

3 变频调速控制技术应用分析

根据实际生产的需要，采油厂对某区块设备老化、负载率较低的抽油机进行了技术改造，使用新的变频调速装置取代原有的老式配电柜，通过改造，新的变频调速装置实现了对抽油机的智能化控制，使电动机软启动、软停止，冲击电流减小，系统工作电流减小，装机容量相应降低。可以方便快捷的调节抽油机工作的冲次、冲程，使抽油机达到最佳工作状态。同时变频调速装置具有过流、欠过压、过载保护功能，提供机采系统的安全系数。

表1为区块内5口机采设备老化的抽油机井改造前后的对比情况，从表中可以看出，系统改造效果较好，平均冲速下降了2.5次/分钟，有功功率和无功功率均下降比较明显，日均产液量明显增加，日均耗电量减少了95.8kw.h，系统效率大幅提升。

4 结束语

随着油田不断提倡降本增效，节能降耗成为深入挖潜的突破点。机采系统变频调速控制技术改造虽然单次投入大，但在采油生产中节能效果明显，具有软启动、调参方便、保护功能强、系统工作效率高等优点，因此，要加强对机采系统进行技术改造，提高系统运行效率，不断降低油田生产成本。

参考文献

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[2]杨光.抽油机井变频节能技术应用分析[J].化学工程与装备，2016（11）.

[3]梁妃凉.变频调速电潜泵在采油系统中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2013（23）.

作者单位

大庆油田第一采油厂仪表安装维修大队油田自动化室 黑龙江省大庆市 163000