变频器应用于潜油电泵井的节能效果

2019-02-17张权

设备管理与维修 2019年18期

张权

（大庆油田装备制造集团力神泵业有限公司监测中心，黑龙江大庆 163000）

0 引言

目前国内油田开采主要使用的机械举升方法包括抽油机、潜油电泵以及螺杆泵3 类，其中应用最广泛的是潜油电泵，因为它有着大排量、高效率、运行周期长等优势。在一些出液量较大的油井中，潜油电泵的这些优点是其他两种方式所不能代替的，它是油田稳定开采的关键之一。但是就当今的情况分析，国内大多数油田都已步入开采生产后期，含水量开始增加，在日常开采中使用潜油电泵这一方式已经出现了一些泵组配置和油井生产开采的变化情况不协调的问题。主要表现在潜油电泵扬程设计较为单一，而功率却普遍偏高，造成电能的浪费。这些问题阻碍了潜油电泵在油田开采中的应用，也与现在环保节能的理念不符。为此，可以采取在潜油电泵中加用变频器的方法，以满足油田开采的能耗要求。

1 变频器技术特性

使用变频器可以实现对潜油电泵的软启动，能在启动过程中实现平滑运转，减少冲击电流对机组造成的损害。变频技术，顾名思义就是改变频率的功能。通过这一功能提高电泵机组在多种工作状态下的功率因子，实现潜油电泵油压的适当调整，通过这两个调节，让电泵避免一直在高压下运行。在应用潜油电泵油井的实际工作中，变频器能够自动按照油井的运行情况调整电机工作状态，确保整个油井处于一个动态稳定的生产状态，控制油井智能化运行，同时也节省人力，使潜油电泵油井可以在无人状态下自动运行。在这种全智能化化的控制模式下，潜油电泵可自实现追踪温度闭环系统，在部分含油量比较丰富的油井中，使用变频器、变频技术能更有效率、更高产。含油量比较少的油井应用变频技术，减少了因电泵机组故障而停止开采的次数，增加产量、节省能源。另外，若油井含砂量高，通过变频器能将砂子排出，防止砂子进入机器中导致损坏，从而可以延长潜油电泵使用周期；对于一些含气的油井，使用变频技术可以提高电机的运行速度，还能降低电泵运行过程中出现气锁现象的频率。

根据实际工作情况，将变频技术合理应用于潜油电泵，可最大程度地减轻潜油电泵机组电机发热的状况（因为目前国内使用的潜油电泵多数实际功率因数比较低，一般＜0.8，所以会产生较大的无功功率，使电机发热）。进而控制电机相关部件的磨损情况，使电机处于平稳运行状态，延长电机的使用寿命，而变频系统所具有的保护功能也能实现对电机的全方位保护，增加使用年限。

2 变频技术的应用

一般来说，电泵工作时，机组应达到80%～120%的工作效率。但在实际工作中，随着油田的开采工作步入后期阶段，总产量出现较大的波动，因此，电泵机组可能出现运行不合理的问题，极大地损害了机组的使用寿命。而且，如果潜油电泵在运行过程中只使用油嘴进行产液量的调节，对处于开采后期阶段的油井来说，要完成变化产液量的需求非常困难。如果为了在运行过程中达到变化产液量的需求而更换电泵机组，会浪费有限的资金。因此，为高效完成油井生产任务，必须使用变频技术对潜油电泵的电泵机组进行合理调整。

2.1 变频技术工作原理

只有变频技术合理地应用于电泵机组，才能充分发挥变频技术的优势，对油井生产过程进行全程智能化监控，包括机组运行状况和油井实时产量的全面把控，实现对潜油电泵电源频率的实时调节，就是根据油井的实际产量，对潜油电泵的电机转速进行实时调整，进一步调节潜油电泵多级离心泵的排量，保证潜油电泵机组的运行状态与油井的实际工作状态始终处于相互匹配的状态，减少无功功率的产生，延长电泵的使用寿命，达到节能增效的目的。

变频器调节频率的范围较大，一般为30～60 Hz，与变频器搭配电泵的排量可增加30%，极限可到120%，扩宽了电泵排量的有效范围。在后期油井的开采过程中，产液量会随时发生波动，但在变频器的有效调节下，电动机始终在合理的范围内运行，有效提升了整体机组的使用寿命。变频器提高电源频率，电机转速就会加快，同时带动潜油电泵排量的增加，油井的产量也会随之升高。同理，当变频器降低电源频率时，情况与电源频率增加时相反。

分析目前的实际应用情况，现阶段潜油电泵使用的变频技术主要分为两大类：一是高压变频技术，另一类是中压变频技术。我国的高压变频系统水平处于世界前列，这种系统主要由低压变频器、变压器和滤波器组成。该系统在国内外的一些油田已经开始使用，并取得了良好的效果，适应油井的产量变动，智能化调节频率，保障潜油电泵的运转处于合适的范围，降低因油井产液量改变而更换机组的频率，作业成本得到有效控制。高压变频驱动系统可以实现油田高峰期产量增加或再产量不足情况下及时调整，保障油井开采工作的有序进行。

中压变频器对于油井节能也十分重要，并且其运转不需要借助变压器，因此费用较低，可以实现中压范围内潜油电泵的频率调节，有效提升产量、降低机组的损坏情况。

2.2 变频器在潜油电泵井中的应用

以国内某油田为例，在5 口潜油电泵井内安设了中压变频器，对其实际运行产生的各项数据展开分析比对。配备中压变频器前后分别记录各项参数，计算结果后得出结论：应用中压变频器后，5 口井的平均节点功率5.41%，无功接电功率46.48%，综合节电功率7.23%。并得出，实际功率因数增加至平均0.198。应用中压变频器后的节能效果显著，油井整体效率得到很大的提升。