抽油機井變頻柜在油田現場(chǎng)的應用詳細介紹

這4口井是2005年新投的油井，經(jīng)過(guò)初期短暫的高產(chǎn)后，日產(chǎn)液大幅度下降，平均泵效僅為10.7％，平均系統效率僅為6.1％。除118-160井外，其它三口井沖次己經(jīng)接近最小，無(wú)法調小沖次。

2、試驗井效果

(1)、沖次任意調節

不用更換皮帶輪，不需停產(chǎn)調節速度，提高了生產(chǎn)效率。解決了因調速造成的停產(chǎn)和沖次無(wú)法調小問(wèn)題。

(2)、分段轉速控制

通過(guò)變頻對抽油機轉速的調節，根據抽油機的特殊工況，把轉速控制細劃為上沖程轉速控制和下沖程轉速控制，減少漏失，提高泵充滿(mǎn)程度，提高泵效。

(3)、提高油井的產(chǎn)量和泵效

根據油井的實(shí)際供液能力，動(dòng)態(tài)調整抽取速度，使油井的供排協(xié)調，減少泵的空行程，提高泵效。4口井，提高泵效16.58％，日產(chǎn)液提高0.5，日產(chǎn)油提高0.2。

(4)、提高功率因數

使用變頻器后，電動(dòng)機功率因數提高到接近1，從而減輕了電網(wǎng)和變壓器的負擔，降低了線(xiàn)損，節省了無(wú)功損耗的電費。

(5)、對電網(wǎng)和設備無(wú)沖擊

　　當電機在工頻狀態(tài)下啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流相當于5～7倍額定電流，對抽油設備和供電電網(wǎng)造成很大的沖擊，尤其是118-160井稀土永磁電機在啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生很大的電流和震動(dòng)，使用變頻后電機柔性啟動(dòng)，使啟動(dòng)電流降至3-4倍，減少了對電網(wǎng)和抽油設備的沖擊。

(6)、改善了抽油桿受力狀況

　　光桿抽油速度對抽油桿受力有很大的影響，變頻降沖次和優(yōu)化上下沖程速度實(shí)現上慢下快，改善抽油桿循環(huán)特性。

(7)、提高系統效率

　　變頻器應用油井使供排協(xié)調，泵充滿(mǎn)程度提高，改善桿管應力，提高了井下效率；減少地面無(wú)功損耗，提高了地面效率，整體上系統效率明顯提高。

(8)、減少電機能耗

　　油井調小頻率，平均輸入功率減少3.66kw，平均噸液耗電減少27.62kw.h，平均日耗電減少87.78kw。

(9)、負功能夠回饋電網(wǎng)

　　對生產(chǎn)中的負功，使用回饋式制動(dòng)單元，能把再生電能回饋電網(wǎng)。內部已經(jīng)安裝有電抗器和噪聲濾波器，全程噪聲過(guò)濾，不會(huì )污染電網(wǎng)和干擾其他設備。

(10)、減少熱洗清蠟的負影響

　　油井熱洗時(shí)，調頻提高沖次，增加理論排量，強排生產(chǎn)，可以明顯縮短含水恢復期，減少影響產(chǎn)油量。

六、經(jīng)濟效益分析

⑴產(chǎn)出費用

①節省電量費用：

3.66kw×24h×360d×0.47元/kw.h＝14862.5元

②少影響產(chǎn)油量費用：

洗井影響：1445元/噸×2噸/次×10次＝28900元

③增產(chǎn)量：

1445元/噸×0.2噸×360天＝104040元

合計：14.7802萬(wàn)元

⑵投入費用

①設備投入費用：整套設備投資32000元

這套裝置投入產(chǎn)出比是1：4.618，而且這套裝置壽命較長(cháng)，可以長(cháng)久使用，經(jīng)濟效益非?？捎^(guān)。

七、結論

　　從變頻器應用現場(chǎng)數據分析，變頻器一次性投入較高，但解決了機械采油系統功率因數低、電機啟動(dòng)轉矩大、負載率低、能耗大的問(wèn)題。電機起動(dòng)性能良好、功率因數提高到0. 98 、節電率達40 %以上。

◎變頻后無(wú)極調速，調速范圍廣，調速過(guò)程平滑；

◎調頻后功率因數接近1；

◎柔性起動(dòng)，可大幅度降低對供電變壓器裝機容量的要求，并使電機振動(dòng)及噪音大大減小。

◎降低抽油泵容積損失，提高了泵充滿(mǎn)系數。

◎抽油機運轉性能得到改善，動(dòng)載荷明顯減少，載荷線(xiàn)光滑平直。

◎減少桿管磨損次數，改善桿管受力狀態(tài)，延長(cháng)桿管壽命；

◎降低電機輸入功率和油井噸液耗電。

③Y一△轉換

Y一△轉換適合功率利用率低、大馬拉小車(chē)嚴重的抽油井使用。電機三角形啟動(dòng)后，再將定子繞組切換成星型接法運轉。轉換后平衡變差，如果角接時(shí)平衡性差，轉換后平衡性更差，現場(chǎng)需要轉換井平衡性好。

④功率因數控制器

功率因數控制器，主要是采用單片機實(shí)時(shí)檢測電機電壓與電流之間的相位差變化，控制晶閘管的導通角，自動(dòng)調節電機的供電電壓，使電機在空載或輕載時(shí)降壓運行從而達到提高功率因數，節能的目的。但是在實(shí)際應用過(guò)程中節電效果不太理想，主要原因是電壓的變化速率跟不上電流的變化速率。另外由于可控硅引起電流產(chǎn)生諧波，受瞬變電勢和瞬變電流的影響，引起電機發(fā)熱和振動(dòng)，影響了節電效果。

⑤無(wú)功補償器

無(wú)功補償器主要是采用加裝一定容量的電容器對電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補償，減少無(wú)功電流來(lái)提高功率因數，降低供電變壓器負荷，從而降低網(wǎng)損達到節電的目的。目前這種技術(shù)應用比較廣泛，效果也較好，缺點(diǎn)是不能提高電機效率，也不能降低電機輸入功率，功率因數提高到0.5～0.6，電容器容易損壞。

⑥變頻控制器

變頻控制柜是實(shí)現了電動(dòng)機的軟啟動(dòng)，對電網(wǎng)無(wú)沖擊，電動(dòng)機功率因數可由0. 25～0. 50 提高到0. 90以上，從而減輕了電網(wǎng)及變壓器的負擔，降低了線(xiàn)損。操作方便，不需停產(chǎn)即可根據油井的實(shí)際供液能力，動(dòng)態(tài)調整抽取速度。利用最新研制的四象限矢量控制變頻調速器，配以過(guò)程控制、位置傳感等技術(shù)改造現有的抽油機，可以實(shí)現油井節電、增效和增產(chǎn)，從而提高整個(gè)有桿抽油系統的機采效率。

2、優(yōu)化參數分析

優(yōu)化抽油參數是根據油井動(dòng)態(tài)變化，以低能耗為目標及時(shí)調整抽油參數。做法是長(cháng)沖程、低沖次、合理泵徑。選擇低沖次的方法是很重要的工作。

常規抽油機生產(chǎn)時(shí)油井平均沖次計算公式：

式中： s—電機轉差率；

—電源頻率，hz；

—電動(dòng)機的磁極對數。

調換小直徑皮帶輪是現場(chǎng)普遍采用的方法，成本低，使用方便，除非換12極電機否則最多能降到4次/分。增加抽油機減速箱傳動(dòng)比有兩種方法：一種是更換大總傳動(dòng)比更大的減速箱，傳動(dòng)比至少要達到32；另外一種是對減速箱技術(shù)改造，在原減速箱基礎上更換短齒齒輪。這兩種方法成本高，不宜在現場(chǎng)使用。

換減速箱大皮帶輪直徑成本較高，可操作性差。

表2 降低電機轉速方案對比

綜上所述，對比可實(shí)施的幾種方案（表2），從優(yōu)選節能設備和優(yōu)化生產(chǎn)參數的角度考慮，對于一些低產(chǎn)井和液面波動(dòng)大的井，由于受到皮帶輪最小包角和沖次有級調整的限制，達不到供排合理的抽油機井使用變頻控制柜是最理想的選擇。

三、抽油機井變頻調速適應性分析

1、變頻對輸入功率影響

輸入功率 與油井工作制度關(guān)系可以用下式表示：

上式表明：影響輸入功率大小關(guān)鍵因素是沖程和沖次乘積，也就是光桿運行速度。其它參數不變，油井能耗與抽汲速度成正比。沖次將隨著(zhù)電源頻率的改變而改變，而且兩者的變化為正比關(guān)系。因此調低頻率油井輸入功率降低。