油田抽油机变频控制柜的应用

夏永平 牛彦锋 冶海宁

摘要：油田油井应用的变频控制技术，是针对抽油机采油过程中所运行的特点而设计的一种变频技术，使得油田抽油机自身能源的消耗情况得到了明显的降低。利用变频控制柜的变频技术，可以使得抽油机的机械效率在在采油过程中一直保持最佳运行状态，有效地减少了不必要的能源消耗，实现了油井节能降耗的最终目的。利用变频控制柜的变频技术的使得油井抽油机实现了软启动功能，因此使得设备选型更加科学合理，在油田应用上取得了较大的经济效益。

关键词：抽油机；降耗；变频控制柜；油井

前言

变频控制技术在石油和化工领域得到了广泛的应用，变频控制技术在油田采油管理过程中的应用有效地提升了油井的采油效率，改善了抽油机运行过程中能源消耗过大的问题。抽油机变频控制柜本身是一种重要的电气设备，抽油机变频控制柜在油井采油管理中的应用就是变频控制技术应用的具体实例，这种变频设备在油田采油过程中发挥着重要的作用。变频控制柜技术的原理结合了计算机技术、模糊控制技术、信息技术、变频调速技术和传感器技术等现代高新转换技术，使油井在开采过程中实现了模拟控制机械采油的效率，使抽油机在采油运行过程中始终保持着最佳的状态，明显地改善了抽油机能源消耗状态，通过传感器技术有效地杜绝了设备的空消耗，实现节能降耗的目的。

1采油管理的目的

采油管理是油田企业在生产运行过程中为了保证提升经济效益的一种重要手段，对于油田企业而言，油田采油管理的主要目的就是为了严格控制油井采油的成本费用，要在保证油井采油质量和采油数量的前提下来提升采油效率。石油企业想控制成本降低费用和提高工作效率，就需要从成本的来源、控制过程、人员素质培训、技术创新、制度创新和管理创新等诸多方面进行综合管理。

2 抽油机变频调速技术的优点

抽油机变频控制柜是应用在油田采油过程的一种典型的电气控制设备，当前应用的抽油机变频控制柜主要采用的是双频控制技术，它能实现抽油机中的能量传递的优化和能量的转化。。在双频控制方式的影响下，将电流能够实现直接输入电网从而实现重新利用电能的目的。双频控制指的是在实际运行过程中控制柜内部本身是有两个频率的电流的。一种是由输往抽油机保证其正常运行的从而能够适合抽油机运行状态的电流频率，另一种电流是抽油机本身由势能转换成电能的频率。双频控制方式能够有效地提升油田油井采油设备的能源利用率，这对于降低油田油井采油过程中的能源消耗起到了十分重要的作用。

采油管理中的智能变频控制柜应用到了双变频技术，一般变频控制柜和此类变频控制柜有着比较大的差异，

1）实现了平稳启动，延长了电机使用寿命。电机在额定电压和额定频率下直接启动的时候，旋转磁场被转子绕组以同步转速进行切割，转子电流和电动势都很大，其启动电流可以达到额定电流的2至4倍，电流过大会冲击电源，引起电网电压的波动。由于电机启动是一个快速的过程，常常会冲击机械负载，使机械传动部分的使用寿命大大缩短。通过对油井抽油机安装使用变频控制柜技术后，由于其输出频率从0Hz开始逐渐上升，频率上升慢，完成电机启动时间增加了10s左右，启动时最大电流明显下降，且电流曲线较为平缓。变频后，转子绕组以很低的同步转速切割旋转磁场，将电机启动电流限制在一定的平缓上升范围内，有效地削弱了对机械负载的冲击。由于变频控制技术实现了电机的平均转速下降，减小了平均转矩，大大减少了轴承的磨损，延长了电机的使用寿命。

2）实现了真正的“软起动”，因而能够对抽油机、变速箱、电机都避免了过大的机械冲击，大大地延长了机械设备的使用寿命，减少了因设备损坏维修的停产时间，提高了采油作业过程的生产效率。

3）变频控制柜的双变频技术实现了电流再次返回到变频器的直流环节中的拥有可再生特性的电能转化，并且转化的电能和电网的电源具有相同的同步交流正弦波，以及使用滤波，把这种可再生的电能传递给电网，以供电网利用。在电能利用上有效地提高了功率因数，大大减少了供电电流，降低了线损，从而减轻了对变压器和电网的负担，省去了大量的“增容”开支，有效地节省了电能。

4）有效平衡井下载荷。采用变频柜控制技术有效地降低了最大载荷与最小载荷的差值，使抽油机在生产过程中进一步平稳运转。使用变频柜控制技术后电机运行电流曲线比工频更加平缓。

5）有利于井筒治理。采用变频控制技术控制电机降低冲次后，降低了抽油机上抽油杆的疲劳状态，提升了抽油杆的使用时间和更换周期。特别是在腐蚀井中，减少了因磨损和腐蚀的双重作用对抽油杆造成的损害。

6）能够根据油田油井的实际供液能力，灵活调整抽油机的抽取速度，一方面达到节约能源的目的，另一方面还可以增加原油产量。

3 变频柜在油井节能、增产运行中的机理

1）变频控制柜工作原理分析

抽油机变频控制柜是一种先进的电气设备，其处理可再生电能源的方法主要有制动电阻、吸收电容、再生制动等。更先进的方法是使用再生制动将部分电能量反馈回电网。当抽油机的能量被反馈到智能变频控制柜中后，能够在电动机驱动抽油机工作的过程中由主变频器从电网中吸收电能量。而在油井抽油机通过工作过程释放机械动能时带动电机运动，则由回馈变频器把这部分机械能量转变为与电网的电压相同的电能，然后经过过滤后回馈给电网。实践证明，其效果是非常明显的，节能率可高达30%至60%。

根据动能守恒定律，实际运行中会产生一定损耗，为了有效解决这个问题，就需要利用到变频技术，这一技术的应用将能够把工作效率做到最大化，利用变频器将能够对电流强弱以及流向进行有效控制。变频控制柜的主要作用就是能够实现对冗余电能的有效配置。变频控制柜之所以能够降低损耗其中一个很重要的原因就在于变频控制柜能够根据示功图对抽油机工作进行有效分配，这样就能够让那些处在同一电网中的抽油机在不同频率下来工作。在降低能耗的同時变频控制柜本身还能够降低对抽油机设备的磨损。

2）变频控制抽油机增产原理分析

动态设置通常是采取输入最低频率、正常频率和最高频率的方法，利用最小的载荷来完成最大的工作量，根据当时采集的载荷以及示功图进行分析处理的。在抽油机动作的同―个冲程里，如果采集的载荷大于它的最小载荷，抽油机按正常的频率运行；如果采集到的载荷小于它的最小载荷，变频柜将会在它的最高频率和最低频率之间分成很多段运行。对于那些上下不平衡的油井，变频控制柜会控制抽油机按照不同的频率运行，以达到上快、下慢的运行目的，减少空抽动作过程，提高泵的工作效率，达到节能降耗增加产量的目的。

结束语

油井抽油机利用变频控制柜调速技术的应用越来越广泛，节省了大量能源，是企业技术发展和增加效益的一条有效途径。在油井抽油机上应用正确的变频控制柜调速系统，可以使抽油机稳定地适应油井环境变化情况，更方便进行不同工况下参数的调节，使抽油机采油作业的运行达到稳产高产。

参考文献：

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