抽油機井變頻柜在油田現場(chǎng)的應用詳細介紹

2、變頻技術(shù)對抽油機懸點(diǎn)運動(dòng)規律的影響

抽油機運動(dòng)模型簡(jiǎn)化為曲柄滑塊機構運動(dòng)，懸點(diǎn)運動(dòng)速度公式：

根據前面的分析，由于抽油機電機的電源頻率發(fā)生了改變，從而導致了電機轉數在上下沖程的改變，最終改變了抽油機曲柄運轉的角速度ω，使抽油機懸點(diǎn)運動(dòng)規律發(fā)生了改變：在上沖程過(guò)程中，懸點(diǎn)運動(dòng)的速度、加速度減??；在下沖程過(guò)程中，懸點(diǎn)運動(dòng)的速度、加速度增大。

3、變頻對抽油機懸點(diǎn)載荷的影響

抽油機懸點(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。

根據上面的分析，抽油機井在采用變頻調速后，改變了上下沖程過(guò)程中的懸點(diǎn)加速度，導致上沖程過(guò)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(guò)程中，只引起抽油桿柱慣性載荷的增大，最終的結果是引起懸點(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力的影響

鋼制抽油桿極限交變次數按700萬(wàn)次～1000萬(wàn)次計算，不同沖次時(shí)抽油桿的使用壽命見(jiàn)下圖。

可見(jiàn)，油井的沖數越高，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。調低頻率后，降低沖數，，減少循環(huán)次數，抽油桿使用壽命延長(cháng)。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，降低應力幅度，延長(cháng)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，從而導致偏磨。抽油機井變載荷運行使抽 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。在該壓力達到足夠大的情況下能夠使桿柱失穩彎曲，抽油桿受到軸向壓力越大，隨之產(chǎn)生的側向力也越大，從而加快了桿管的偏磨。使用變頻后可以下調沖次，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(méi)度即動(dòng)液面的情況下，增大電源頻率調高沖次，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，二是油井抽油參數相對偏大。因油井地層能量低，而抽油參數又相對偏大，抽油泵在吸液過(guò)程中還未來(lái)得及充滿(mǎn)就轉入了排液過(guò)程，造成了抽油泵充滿(mǎn)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，系統效率低。對于這樣的抽油井應調小電源頻率，降低沖次。針對油井生產(chǎn)狀況，利用上下沖程電源頻率調整的技術(shù)，調整上下沖程抽汲速度，上慢下快，提高泵的充滿(mǎn)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)出液在油管內流速降低，結蠟速度增大，洗井周期縮短，洗井返排時(shí)間延長(cháng)。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，含水恢復期和影響產(chǎn)油量大幅度下降，效果明顯，當含水正常后再調回原來(lái)的頻率和沖次。

8、變頻對稀土永磁電機的影響

稀土永磁電機堵轉扭矩可以達到2.7-3.5，而普通電機僅為1.8-2.0，能取代比它大兩個(gè)功率等級的普通電機，運行時(shí)各種負荷狀態(tài)時(shí)都具有很好的效率和功率因數，節能效果顯著(zhù)，目前是油田大力推廣的抽油機拖動(dòng)裝置。但不可否認，稀土電機也有明顯的缺點(diǎn)。永磁電機和變頻器配套應用，可以?xún)?yōu)勢互補。利用變頻調速裝置的軟起動(dòng)功能能夠平穩起動(dòng)永磁同步電機，從而解決其振動(dòng)及噪音大的缺陷；利用變頻調速裝置的頻率調節功能能夠使永磁同步電機的轉速無(wú)級可調，實(shí)現調速功能，兩者的結合是目前最理想的高效調速方式。

四、抽油機井變頻器工作原理、技術(shù)參數

1、工作原理

IPC－MD系列變頻器采用了最新的雙PWM拓撲結構的四象限運行變頻控制技術(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、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(wèn)直流環(huán)節為濾波、直流儲能和緩沖無(wú)功功率。先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉換成直流電源。然后再把直流電源轉換成不同頻率的交流電供給電動(dòng)機。使電動(dòng)機獲得無(wú)極調速所需要的電壓電流和頻率。

變頻器的拓撲結構圖

2、技術(shù)參數

CPU：采用軍品32bit DSP，-40℃～+90℃氣溫條件下能正常工作?？煽啃暂^商用變頻器大大提高。

沖次可調，30% ～120%。

內置回饋制動(dòng)單元，可把再生電能回饋電網(wǎng)。因已配置電抗器和噪聲濾波器，可直接與380V/660V電網(wǎng)駁接使用?；仞侂娋W(wǎng)的能量，效率97％。

系統無(wú)功損耗小，功率因素COS∮＞0.96，同一供電線(xiàn)路可適當加載，節省增容費。

柔性啟動(dòng)，降低電網(wǎng)載荷沖擊，對電機和設備無(wú)沖擊。

電能回收部分，比普通商用變頻器多節能15～25％。熱損耗為電阻制動(dòng)的3％以下。

五、試驗應用情況

2006年經(jīng)過(guò)調研，在新木采油廠(chǎng)采油四隊安裝IPC-MD抽油機井變頻柜4臺，用于先導性試驗。

1、試驗井基本數據