摘 要 ：本文以勝利油田孤東采油廠為例，通過偏遠(yuǎn)油田油井生產(chǎn)工藝應(yīng)用森蘭SB61G變頻調(diào)速控制技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了油井生產(chǎn)系統(tǒng)的開環(huán)和閉環(huán)控制，提高了油井生產(chǎn)過程的自動化管理水平，確保了原油的平穩(wěn)連續(xù)輸送，減少了油氣輸送損耗，提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率，達(dá)到了偏遠(yuǎn)油井原油外輸?shù)淖罴研Ч?，且?jié)能降耗效果顯著。 關(guān)鍵詞： 變頻 調(diào)速 節(jié)能 應(yīng)用 1 引言 勝利油田孤東采油廠新灘油田地處黃河入海口的海灘上，1998年投入生產(chǎn)開發(fā)，目前已投入開發(fā)生產(chǎn)油井63口，年產(chǎn)原油12萬噸。由于該地區(qū)離采油廠主力生產(chǎn)區(qū)塊較遠(yuǎn)，各采油點(diǎn)又比較分散，油井?dāng)?shù)量相對較少。自油田開發(fā)以來一直采用大型油罐車?yán)偷霓k法，將各采油點(diǎn)的原油每天不停地運(yùn)輸至數(shù)十公里外的原油中轉(zhuǎn)站，原油運(yùn)輸成本居高不下。隨著油田開發(fā)難度的增加和噸油成本的不斷上升，進(jìn)一步挖掘內(nèi)部潛力，降低油氣生產(chǎn)成本，減少輸油損耗，就顯得尤其重要。顯然，利用管道輸油可以大大降低油氣輸送生產(chǎn)成本，減少油氣損耗，但由于受各采油點(diǎn)產(chǎn)液量的限制，要保證油氣正常長距離生產(chǎn)輸送，就得采取大功率高揚(yáng)程機(jī)組通過截流控制的辦法，才能滿足油井生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行需要。由于輸油泵機(jī)組容量偏大、其流量和儲油罐液位控制均采用人為節(jié)流調(diào)節(jié)控制等因素，造成了該生產(chǎn)工藝系統(tǒng)運(yùn)行效率不高、設(shè)備易損件故障頻繁和“大馬拉小車”等現(xiàn)象的發(fā)生，這不僅嚴(yán)重浪費(fèi)了能源，而且影響油井的正常生產(chǎn)和原油產(chǎn)量的完成。為此我們于2005年初提出了在30kW的CSY11-2油氣混輸單螺桿泵上推廣應(yīng)用了森蘭SB61G變頻調(diào)速控制技術(shù)，安裝了質(zhì)量可靠的變頻調(diào)速設(shè)備，以解決生產(chǎn)中的諸多實(shí)際問題，收到了良好的現(xiàn)場使用效果，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[1]。 2 變頻調(diào)速工作原理[2] 變頻器是一種先進(jìn)的調(diào)速節(jié)電設(shè)備，其主要實(shí)現(xiàn)方式是通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，降低電機(jī)輸出功率，具體工作流程信號如圖1所示，工頻電流經(jīng)過變頻器內(nèi)的整流電路變成直流電，變頻器按照控制信號的要求，將直流電改變?yōu)樗桀l率的交流電，作用于電機(jī)，使其轉(zhuǎn)速變化，進(jìn)而改變其輸出功率。 [align=center] 圖1 變頻器工作流程信號圖[/align] 變頻器的種類按使用的電源電壓可分為高壓和低壓變頻兩種，其工作方式可分閉環(huán)控制、開環(huán)控制兩種，其中閉環(huán)控制工作原理如圖2所示，它是介質(zhì)的一個或多個參數(shù)（如壓力、溫度、流量、液位）等通過傳感器采樣，形成電信號，這些信號經(jīng)過信號處理器（工控機(jī)、單板機(jī)、微機(jī)等）處理形成變頻器可識別的信號，作用于變頻器的內(nèi)置PI調(diào)節(jié)器，變頻器產(chǎn)生交變電流，再與給定值進(jìn)行比較，作用于電機(jī)等用電設(shè)備，這些用電設(shè)備驅(qū)動泵類、風(fēng)機(jī)等設(shè)備，作用于介質(zhì)，改變或維持介質(zhì)參數(shù)。開環(huán)控制原理是變頻器的控制信號經(jīng)輸入面板或微機(jī)等輸入設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要確定電機(jī)工作頻率，通過人工直接設(shè)置相關(guān)參數(shù)，直接控制變頻器的輸出電流的頻率，來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，降低電機(jī)輸出功率，從而達(dá)到用電設(shè)備有效控制的目的，其工作原理如圖3所示。新灘油田162油氣混輸站和191油氣混輸站油氣混輸泵機(jī)組變頻調(diào)速技術(shù)控制方案則采用了閉環(huán)控制與開環(huán)控制相結(jié)合的方式，以滿足現(xiàn)場生產(chǎn)工作的需要。 [align=center] 圖2 變頻閉環(huán)控制工作原理圖 圖3 變頻開環(huán)控制工作原理圖[/align] 3 森蘭變頻控制器現(xiàn)場應(yīng)用技術(shù)方案 3.1 現(xiàn)場生產(chǎn)工藝流程 162站管理著7口油井，油井來油先進(jìn)入2.7m高的40m3儲油罐，經(jīng)加熱后由30kW的CSY11-2油氣混輸單螺桿泵將油井產(chǎn)出物輸送至幾十公里外的油氣接轉(zhuǎn)站。191站生產(chǎn)工藝流程與162站基本相同，目前管理著5口油井，油氣輸送距離比162站更遠(yuǎn)。 3.2 閉環(huán)控制應(yīng)用技術(shù)方案 在40m3儲油罐上安裝帶4～20mA模擬信號輸出的浮球液位計，將液位信號給變頻器，變頻器在接收液位計信號后與變頻器設(shè)定值比較后，采用PID調(diào)節(jié)控制算法，通過變頻器輸出頻率的變化來自動調(diào)節(jié)和控制儲油罐的液位高度，達(dá)到節(jié)能降耗和油井生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行自動控制的目的。儲油罐的液位控制高度為1.6m。 3.3 開環(huán)控制應(yīng)用技術(shù)方案 在40m3儲油罐上不安裝液位計，液位檢測采用人工定時檢測，操作人員根據(jù)儲油罐的液位檢測高度，通過人工調(diào)節(jié)5kΩ的電位器來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制油氣混輸泵的排量，從而實(shí)現(xiàn)儲油罐的液位高度的控制，達(dá)到節(jié)能降耗和油井生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行的目的。儲油罐的液位控制高度范圍為1.5～2m。 4 變頻調(diào)速技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用情況 勝利油田于2005年9月先后在孤東采油廠新灘油田162油氣混輸站和191油氣混輸站油氣混輸泵機(jī)組泵上各應(yīng)用了型號為SB61G型號的變頻器兩臺，共4臺30kW的森蘭SB61G型變頻控制器，采用一控一的現(xiàn)場控制工藝方法，各站實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行油氣混輸泵機(jī)組為一臺（套），另一臺（套）為生產(chǎn)備用機(jī)組，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)后，162站電機(jī)平均輸出電流頻率為21.2Hz，191站電機(jī)平均輸出電流頻率為20.4Hz，兩者均采用閉環(huán)控制方式,如表1所示。 [align=center] 表1 兩站應(yīng)用變頻器的情況[/align] 由表1中可看出兩臺變頻器輸出頻率均在20～30Hz之間，節(jié)電效果顯著。表2和表3分別是162站和191站應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)前后的各數(shù)據(jù)對比表。 安裝變頻器前、后各數(shù)據(jù)比較。 [align=center] 表2 162站應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)前后的各數(shù)據(jù)對比表 表3 191站應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)前后的各數(shù)據(jù)對比表[/align] 在油氣混輸泵上安裝變頻器后，電機(jī)工作電流大幅下降，由20多安倍下降到10A左右，電機(jī)輸入功率也大幅下降，節(jié)電效果明顯，功率因數(shù)隨之提高，系統(tǒng)效率也大幅提高，值得指出的一點(diǎn)是泵效有所下降，但這是正常現(xiàn)象，因為電流頻率下降之后，電機(jī)和泵不能在設(shè)計工況下運(yùn)行，效果不能達(dá)到最佳，因此泵效有所下降，但節(jié)電效果顯著，兩臺在用泵機(jī)組綜合節(jié)電率可達(dá)50%以上，兩臺在用變頻器年節(jié)電可達(dá)116800kW·h。由此可見，變頻調(diào)速技術(shù)在油田油氣混輸螺桿泵上的應(yīng)用既可為解決“大馬拉小車”現(xiàn)象提供了一個好的方法，又可滿足油田生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行的工作需要，且延長了油氣混輸泵設(shè)備的使用壽命。 5 綜合效益評價 （1）節(jié)能效果顯著。從孤東采油廠新灘油田162站和191站油氣混輸生產(chǎn)工藝流程中應(yīng)用的4臺變頻器情況來看，平均系統(tǒng)效率由原來的30.7%提高到目前的39.51%，使用一年可節(jié)約電能達(dá)116900余kW·h，按0.465元/kW·h價格計算，則年可節(jié)省電費(fèi)約5.5萬余元。 （2）延長了設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備故障維修工作量。從現(xiàn)場使用情況看，使用變頻調(diào)速技術(shù)后，不但大大節(jié)約了能源，而且有效地減少了設(shè)備的維修維護(hù)費(fèi)用。由于油氣混輸螺桿泵實(shí)現(xiàn)低速旋轉(zhuǎn)后，油氣混輸螺桿啟動電流小，對供電電網(wǎng)的沖擊波減小，對整條電網(wǎng)其他用電設(shè)備也大有好處，采用變頻調(diào)速技術(shù)的油氣混輸螺桿泵，泵的維修次數(shù)將大大降低，提高了油氣混輸螺桿泵的完好率，同時也大大節(jié)省了油氣混輸螺桿泵易損件的維修費(fèi)用。 （3）減輕了職工的工作勞動強(qiáng)度，提高了職工工作效率，改進(jìn)和提高了油氣生產(chǎn)的工作時效性。 （4）降低了油氣混輸生產(chǎn)工藝線的噪音污染，有效地改善了職工的工作環(huán)境，減少了職業(yè)危害。 （5）提高了油井生產(chǎn)油氣產(chǎn)出物處理過程的自動化管理水平，確保了處理后的油氣質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了油氣生產(chǎn)的密閉輸送，減少油氣輸送過程中的油氣損耗。 （6）該項技術(shù)先進(jìn)，操作簡單方便，安全可靠。 （7）油井生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了儲油罐液位和流量調(diào)節(jié)的自動閉環(huán)控制，保證了生產(chǎn)過程的平穩(wěn)運(yùn)行，滿足了油井連續(xù)生產(chǎn)不間斷輸送，特別是冬季氣溫低連續(xù)生產(chǎn)長距離連續(xù)輸送防止管道堵塞的工藝要求。 （8）閉環(huán)控制變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用是一個很好的方法，它實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動功能，逐步升高電機(jī)轉(zhuǎn)速，既可節(jié)約電能，減少設(shè)備的損耗，又可不必電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，有效地控制了生產(chǎn)質(zhì)量，達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果。 6 結(jié)束語 勝利油田孤東采油廠應(yīng)用森蘭SB61G變頻調(diào)速控制方案，實(shí)現(xiàn)了油井油氣混輸泵的開環(huán)和閉環(huán)控制，既提高了油井生產(chǎn)過程的自動化管理水平，確保了原油的平穩(wěn)連續(xù)輸送，又減少了油氣輸送損耗；既提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率，又達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，在實(shí)際生產(chǎn)中具有良好的推廣應(yīng)用價值。