摘要：本文介紹了風光抽油機專用變頻器在抽油機節(jié)能改造中的應(yīng)用情況。通過改造，實現(xiàn)了抽油機高效運行，達到了節(jié)能降耗和提高產(chǎn)量的目的。 關(guān)鍵詞：變頻器 抽油機 節(jié)能 1.引言 我國的油田絕大部分要靠注水來壓油入井，靠抽油機把油從地層提升上來。以水換油，以電換油是目前我國油田的現(xiàn)實。如何提高采油效率，降低采出液的噸液能耗，提高產(chǎn)量，使抽油機的參數(shù)更好的適應(yīng)地上、地下工況，使現(xiàn)場抽油機調(diào)節(jié)更為方便，成為大家的焦點。 目前，在油田抽油機設(shè)備中，以游梁式抽油機使用方便、可靠，是目前油田采油生產(chǎn)中的主要設(shè)備，應(yīng)用最為普遍，數(shù)量也最多。下面以游梁式抽油機為例，介紹風光抽油機專用變頻器在其上面的應(yīng)用。 2.游梁式抽油機工作原理 游梁式抽油機其工作過程為：用電機帶動減速機，減速機帶動皮帶輪，皮帶輪帶動兩個很重的鋼質(zhì)滑塊的旋轉(zhuǎn)往復運動，依靠杠桿的作用，將盛油器提上放下，而將油帶出地面進入輸油管道中或儲油罐中，完成抽油過程。 抽油機電機的負荷是一周期性脈動負荷,并迭加有瞬間的沖擊。為了減小抽油機上下沖程負荷的波動,一般都配有平衡塊。為了保證足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩,抽油機電機正常運行時負荷率很低,一般在20%～30%。低負荷率運行，造成功率因數(shù)低,效率低,電能浪費大。 因此，在設(shè)計選配抽油機電機時，普遍的做法是令其抽取量大于實際負荷。它所帶來的新問題是當抽油機排量過剩時，抽油機的運行會出現(xiàn)無功抽取，出現(xiàn)空抽或泵空狀態(tài)，過剩的抽油能力令抽油機的無功抽取時間增加，造成油井開采的電費成本居高不下，能源浪費十分嚴重。因此，抽油機的節(jié)能潛力非?？捎^。 節(jié)能包括兩個方面：一是從電動機本身考慮，提高電動機的負荷率和效率；二是從系統(tǒng)考慮，改變電動機的機械特性，使機、桿、泵整個系統(tǒng)達到較好的配合，提高系統(tǒng)效率。兩者比較，后者的節(jié)能潛力比前者大得多。在游梁式抽油機上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅機、桿、泵整個系統(tǒng)達到較好的配合,自動化程度提高，降低工人的勞動強度，減少工作量，而且節(jié)能效果明顯，綜合效益顯著。 3.抽油機專用變頻器工作原理 根據(jù)抽油機是交變工作載荷的特點，風光抽油機專用變頻器內(nèi)置了專用的運動控制程序。風光抽油機專用變頻器，可以根據(jù)油井的實際情況，由操作設(shè)置油井工作參數(shù)和工作方式，經(jīng)過運算處理后，變頻器自行調(diào)整抽油井工作制度，改變抽油機的沖程頻次，達到上、下沖程間的平穩(wěn)過渡。變頻器本身具有抽油機所需的各種保護功能及相應(yīng)的放電回饋電路，而且風機可以有溫度自動控制，也節(jié)約相應(yīng)的能源消耗。 我們針對抽油機載荷的特殊性和野外工作特點，按照嚴格的工業(yè)標準設(shè)計、制造抽油機專用變頻器，把制動電路、回饋電路、無線濾波器、線路電抗器和防雷擊裝置集成到專用變頻器中，增強整機的可靠性。 4.風光抽油機專用變頻器的節(jié)能原理 風光抽油機專用變頻器可根據(jù)井下供液情況，自動調(diào)整抽油井工作制度，使游梁式抽油機的固定動態(tài)特性變?yōu)榭筛鶕?jù)油井開采情況自動調(diào)節(jié)的可變動態(tài)特性，提高泵充滿系數(shù)及排量系數(shù)，達到節(jié)能，增產(chǎn)，無級調(diào)速的效果。 風光抽油機專用變頻器采用動態(tài)調(diào)節(jié)抽油機的沖程頻次和上、下行程的速度，達到節(jié)電又增產(chǎn)的目的。 （1）可以動態(tài)調(diào)節(jié)抽油機的沖程頻次，節(jié)電。抽油機的沖程頻次可以通過機械的方法調(diào)整，但是，一旦調(diào)整好之后，人是不可以經(jīng)常改動的，并且通過皮帶輪直徑調(diào)整頻次的方法是有限的，不能動態(tài)適應(yīng)油井負荷的需要。而變頻調(diào)速則能動態(tài)調(diào)整抽油機的轉(zhuǎn)速，可無級調(diào)節(jié)抽油機沖次，從而調(diào)整泵的充滿度，提高抽取效率，增加原油產(chǎn)量，減少了電機功率，實現(xiàn)了節(jié)能目的。 （2）可以動態(tài)調(diào)節(jié)抽油機的上、下行程的速度實現(xiàn)節(jié)能增產(chǎn)的目的。由于采用變頻調(diào)速技術(shù)，通過上、下死點位置傳感器控制變頻調(diào)速器上、下沖程輸出不同頻率的電源，從而使電動機上、下沖程轉(zhuǎn)速不同，可無級調(diào)節(jié)抽油機上下沖程速比。還可以根據(jù)實際需要分別地調(diào)整每一沖程下行程的速度，可以提高原油在泵的充滿度；而適當提高上行程的速度，則可以減少在提升過程中的漏失系數(shù)，有效地提高單位時間內(nèi)的原油產(chǎn)量。節(jié)電，節(jié)能。 5.現(xiàn)場應(yīng)用 由于應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對抽油機實行軟啟動，啟動電流大幅度降低。功率因數(shù)由0.3～0.5上升到0.9以上。提高了功率因數(shù)，減少了無功損耗。 風光抽油機專用變頻器可根據(jù)油井工況對沖程頻次和上下沖程的速度進行調(diào)節(jié)，使油井供排系統(tǒng)達到動態(tài)協(xié)調(diào)，在青海油田30口油井上，由實驗前后的數(shù)據(jù)表明，單井的平均增產(chǎn)20%，單井的平均節(jié)電率為20%左右。 我們分別選前期井、中后期進行了變頻改造。 在前期井中，由于井剛開采，儲油量大，為提高功效，我們采用提高抽油機的沖程頻次的方式，讓變頻器運行至65HZ，頻率提高了1/3，相應(yīng)地電機轉(zhuǎn)速提高了30%，其采油量也相應(yīng)提高，其綜合采油率可比工頻情況下多采油20%，工效提高了1.2倍，很受油田采油工的歡迎。 在中、后期井中，由于井儲量減少，供液不足，電機若仍工頗運行，勢必浪費電能，造成不必要的損耗，因而我們采用調(diào)整抽油機的沖程頻次和選用上快下慢的開采工藝，一般將變頻器的頻率運行至35～45HZ之間，這樣電機平均轉(zhuǎn)速下降了20%，加之采油設(shè)備一般負荷較輕，其節(jié)電率可達25%左右。還有另外在開采稠油井的中后期，因原油黏度上升，經(jīng)常發(fā)生驢頭和光桿“打架”現(xiàn)象，通過調(diào)節(jié)沖程頻次和選用上快下慢的開采工藝，避免了“打架”，延長了開采時間，提高了原油產(chǎn)量。 6.應(yīng)用注意事項 （1）由于抽油機的起動轉(zhuǎn)矩大，所以設(shè)置合適的轉(zhuǎn)矩提升曲線，不合適轉(zhuǎn)矩提升曲線（電壓不足或過高）都會使電流增大。 （2）在抽油機滑塊下降過程中，負荷減輕，電機進入再生發(fā)電狀態(tài)，其再生能量將傳人變頻器，通過逆變回路的續(xù)流二極管整流而變成直流加在主電路上，造成主電路母線電壓升高，頻繁的高壓會損壞變頻器的主器件，包括電解電容及功率模快，因此需加制動回路，讓再生電壓能及時地釋放掉，保證主回路器件在安全的電壓下工作。再生制動電路原理如圖2示 7.結(jié)束語 變頻器具有軟起、停功能，減少了對抽油機桿的機械沖擊，保護了電機及機械設(shè)備，減少維修量，變頻器對過壓、欠壓、過載、短路及電路失速都能可靠地保護。 總之，變頻控制技術(shù)在抽油機上應(yīng)用，對抽油生產(chǎn)設(shè)備來說是一個很大進步，它從根本上改變了抽油機的運動特性和動力特性，使抽油機—抽油桿—抽油泵達到動態(tài)協(xié)調(diào)，使有桿抽油系統(tǒng)和油井供液系統(tǒng)達到動態(tài)協(xié)調(diào)。抽油機應(yīng)用變頻器，即可以提高工效，增加采油量，又可以節(jié)約電能，保護電機及設(shè)備，其應(yīng)用前景是十分廣泛的。在能源日益緊張的今天，相信變頻器在抽油機這方面可以大有作為的。 參考文獻 [1]周佳勝.變頻調(diào)速器在油田設(shè)備上的應(yīng)用.變頻器世界，2003（3） [2]趙來軍，倪振文，職黎光，黎若鵬.游梁式抽油機的智能化改造.石油機械，1999，27（4）