抽油机变频控制柜在采油管理中的具体应用

抽油机变频控制柜在采油管理中的具体应用

闫玉刚 ,尚楠

（长庆油田公司第一采油厂 陕西省延安市）

摘要：在采油管理中，应用抽油机变频控制柜技术，能够达到节能与增产两方面的目标。实际应用抽油机变频控制柜技术，需要对抽油机方面的技术进行深入改造，同时结合油田生产实际情况，解决采油过程的一些问题，为我国石油产业可持续发展提供坚实保障。

关键词：抽油机，变频控制柜，采油管理，应用

1前言

    目前国内外变频技术的发展十分迅速，在油田生产中，在工业领域里的应用日益广泛。变频技术的原理，结合信息技术、模糊控制技术、计算机技术、变频调速技术、传感器技术等现代高新技术，使得油田开发过程中的抽油机能耗控制得到根本的改善。利用变频调速技术，通过传感器技术实现模糊控制，使机械采油的效率在运行过程中始终保持在最佳状态，有效杜绝了设备的空耗，从而实现节能降耗的目的。同时变频技术的利用使抽油机实现了软启动，设备选型更加合理。变频技术的应用适应地下参数变化大的生产特点，因此该技术在油田开发过程中具备了广阔的推广空问。

2变频柜油井节能增产的运行机理

2.1工作原理

当前在各种抽油机变频柜中处理再生电能的方法有制动电阻、吸收电容、回馈制动等，其中较为先进的方法是利用回馈制动的方式将这部分电能回馈电网。抽油机能量回馈智能变频控制柜，在电动机驱动抽油机的状态时由主变频器从电网吸收电能，而在油井释放能量状态时由回馈变频器将这部分能量变成与电网电压同步同相位的正弦波经过滤波后回馈电网，利用变频控制柜+永磁电机配合使用，进行节能改造经实践证明效果非常明显，节电率高达30%-60%。

2.2增产原理

动态节能装置通过输入正常频率、最小载荷、最高频率、最低频率，能够根据实时采集载荷及示功图进行分析处理。在一个冲程内采集的载荷大于最小载荷，抽油机按正常频率运行，如果采集的载荷小于最小载荷，变频柜将在最高频率和最低频率之问分成多段运行。对于上下不平衡油井，控制抽油机按不同的频率运行，达到上快、下慢的方式运行，减少空抽，提高泵效，从而节约能源，提高原油产量。

2.3电动机节能原理

     一般情况下，电动机的正常运行依赖于本身的负荷能力，不同型号的电动机，其负荷能力也略有不同。功率与效率因数会在负荷率的影响下发生改变，其存在一个临界点，而这一点就被称为电动机的临界负荷率。在实际工作过程中，想要起到节能的效果，就必须确保电动机本身的负荷率超过临界负荷。

3油田游梁式抽油机电动机节能电机使用情况

    游梁式抽油机节能应包括两个方面:一是从电动机本身考虑，就是提高电动机效率和负荷率，从而提高运行效率和功率因数。提高电动机效率的潜力不大，能提高几个白分点就很不容易，而且是以提高电动机成本为代价的。因此，如果负荷率高于临界负荷率，只要并上适当的补偿电容器就达到节能的目的。二是从系统考虑，就是改变电动机的机械特性，使机、杆、泵整个系统达到较好的配合，提高系统效率。两者比较，后者的节能潜力比前者大得多。因此，后者应该是游梁式抽油机用电动机节能的主要研究方向。 多年来，人们在抽油机用电动机节能方面做了大量的研究工作，为油田的节能做出了很大贡献。从抽油机载荷特性上看，其变化规律比风机、水泵类的载荷复杂得多，这给研究工作带来许多困难。目前油田电动机节能主要分为三个方面:其一，人为地改变电动机的机械特性，以实现负荷特性的柔性配合，从而提高系统效率，实现节能。这种方法主要是改变电源频率。其二，从设计上改变电动机的机械特性(如高转差电动机和超高转差电动机)，从而改善电动机与抽油机的配合，提高系统运行效率，达到节能。其三，通过提高电动机的负荷率、功率因数，实现节能。下面对油田普遍使用几种电动机进行分析。

3.1变频调速电动机

    变频调速是一项成熟的节能技术，抽油机有两种工作状态:一个是电动机驱动机械设备运动抽油机从电网吸收电能。另外一个是释放能量(机械势能，井下负压，平衡块势能等原因)，由机械设备带动电动机运动，是一个发电的过程。就是说，抽油机在相当长一段时问内，要把势能变为电能回馈电网。在不使用变频器时，这个电能是直接回馈电网的，并没有在本地设备上消耗掉。综合表现为抽油机供电系统功率因数较低。但是在使用变频器时，情况发生了变化。普通变频器的输入是二极管整流，能量不可反方向流动上述这部分电能没有流回电网的通路，会导致变频器直流回路电压升高而造成直流过压保护，必须将这部分电能处理掉，这就是在抽油机变频上必须使用制动单元或其他相关设备的原因。这种方案是在普通电动机电源上加变频器，降低了电动机的容量，负荷率得到较大提高，变频器的输入功率因数接近1，并且改变了上、下冲程的速比，也改善了抽油系统的配合。这种方案无论从电动机本身还是从系统配合上都达到了节能目的。发电时通过电阻回馈把发电能量放掉。另外，一次投入大，现场管理难度大，而且变频器本身也有功率损耗(约5-8%)，变频器的谐波对电网有影响，并会使电动机附加损耗增大。

3.2稀土永磁同步电动机

    稀土永磁同步电动机的转子由磁钢、稀土材料和启动鼠笼组成。转了损耗比普通异步电动机小得多，因此电动机本身的效率比普通Y系列电动机高约5%，功率因数达到0. 9，其额定运行时机械特性比Y系列电动机还硬，因此不能改善机、杆、泵系统配合，起不到系统节能的作用。相同功率的稀土永磁电动机比Y系列电动机成本大约高50%，且启动电流比Y系列电动机还大，启动过程中，电动机转矩有振荡。

3.3绕线式异步电动机

游梁式抽油机用电动机节能是一个非常复杂的问题，选择方案时要考虑电动机效率、功率因数、系统增效、成本投入、可靠性及现场管理等问题。系统增效是指机、杆、泵整个系统效率提高的潜力;损失效率是指节能系统本身的损耗;启动性能是指电动机启动电流小，启动转矩大为好。

4 抽油机变频控制柜的应用分析

   当前，采油管理中主要引用的为抽油机能量回馈智能变频控制柜。相比普通的变频柜，它能够使再生电能变成交流正弦波，然后利用滤波器将电能回馈电网，实现了电能的二次利用。电磁调速电机在经过一定的节能技术改造后，将其控制旋钮调至最大，然后将变频器的频率设定到最低档，这样就进行了正常的冲次。在对抽油机变频控制柜的回馈性能进行使用时，其一般表现为如下特点:首先，这种技术实现了电动机的软启动和软停机，减少了频繁启动对电动机内部结构造成的损伤，提高了电动机的使用寿命。其次，具有保护过压、过载、过流、短路、缺相、三相不平衡的功能。第三，确保电能能够回馈到电网之中，增加了电能的利用率，降低了使用成本。第四，有效地对抽油机的运行速度进行调整，降低了其内部构造之间的摩擦，降低了抽油机的损耗。第五，该抽油机还拥有工频旁路系统，可以根据实际的需要进行旁路转换，使得其运行稳定性得到了提升。智能变频控制柜对20口油井进行了调速电机改造，经过前后对比测试，平均节电率为18%。其中对8口井进行了详细测试，节电率高达30%。

5结论

要进一步提高游梁式抽油机的节能效果，一方面应从改善现有电动机的机械特性人手，使其机械特性与抽油机的负载特性互相配合。另一方面是研制四象限变频器，可以把电动机发电状态所发的电回馈电网。目前在游梁式抽油机电动机节能方面需要解决的问题还很多。电动机节能情况不太理想，还需各方面做出更多的努力。

参考文献：

[1] 何志国.抽油机变频控制柜的应用[J].化学工程与装备.2022(01).161-162

[2] 黄蓓蕾.抽油机变频控制柜在采油管理中的应用研究[J].石化技术.2017(09).49