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1　項目背景

大慶油田自1959年第一口井開始，已開采近60年，創造了連續27年超5000萬噸原油的高產穩產奇跡。以長垣為代表的主體采油區，含水量高達95%，形成了老區“雙特高”，而外圍采油區卻是低滲透、低產量、低豐度的“三低”狀況。目前，普遍采取精細注入、聚合物驅、復合驅、壓驅等物理、化學手段，可以進一步挖潛，但總體來說開采難度越來越大，開采成本越來越高，也會造成不可逆轉的環境污染。因此，對采油技術進行升級，實現降耗增產、挖潛成為必然要求。

2　解決方案

眾所周知，變頻器被稱為“工業維生素”，早在七年前希望森蘭就開始探索將變頻器引入到油田采油設備中，如螺桿泵、游梁式抽油機（俗稱磕頭機）、塔架式抽油機等，不斷的摸索、試驗、創新、優化，總結出適用于各種工況的運行模式。

（1）對于富油區，通過調速來調節沖次，提高產量，相比于工頻時調節皮帶輪，極大降低了工作強度，避免了停工造成的產量損失。

（2）對于貧油區，除了降低沖次，還有幾種創新性的方式，如對稱擺動間抽、半幅擺動間抽、定時間抽等，具體采用哪種方式可以根據油井的含蠟情況、環境溫度情況、出油率等確定。在定時間抽時，電機可以停止轉動，也就降低了電機在低速低能效區的無謂消耗。

（3）對于不平衡性的處理，井下的液位是實時變化的，而機械系統的平衡卻不是實時調節的，造成很大的不平衡，即對電機來說處于發電狀態。工頻運行時，發電的能量通過變壓器返回電網，而使用兩象限變頻器時，一般處理是通過制動單元和電阻的能耗制動消耗掉多余的能量。處理方式以及各種方式的成本對比和可靠性情況如表1所示。

表1 幾種再生能量的處理對比表

表1中方案4，最簡單的方式是變頻器設計時增加電容容量，次之是用其他儲能器件如超級電容等加DC-DC變換實現。復合方案5，其本質上是利用軟件算法將電機發電的能量轉換為系統的動能；而電機需要做大的正功時，一部分能量來自前面轉換的動能，一部分來自變頻器的輸出；理想狀態是從電網吸收的有功為恒定值。

（4）對于系統節能的考慮，節能降耗是社會全行業都需要考慮的問題，針對采油設備在使用變頻之后，與工頻相比會增加變頻本體的損耗，一般在2%左右。針對廣泛應用的比較典型的磕頭機，起動時需要高起動轉矩，而運行時多數在輕載狀態，因此可以針對這種負載類型，單獨設計合理的節能算法，如自尋優算法。針對井組或群井，可以采用整體共直流母線的設計方案，使能量有效流轉，降低前端變壓器的容量，相應也降低了投資。

3　效益分析

在采油設備上使用變頻器，綜合來看，有如下優勢：

（1）可以無極調速，調整沖次方便，徹底突破了靠皮帶輪、雙速電機等的限制，降低了人力成本和設備更換成本；

（2）電參數、沖次、平衡率等實時顯示，方便操作工數據采集；

（3）起動過程避免了工頻直接起動的電網沖擊和機械沖擊，延長了皮帶、齒輪箱、連桿等設備的壽命，減少了維護量；同時對電機的起動轉矩要求降低，起動時對電機的電流沖擊也極大降低，電機的功率也可以適當降低；

（4）提高了電網的功率因數，降低了系統的無功損耗，也無需無功補償；

（5）變頻器本體具有多種保護功能，可以有效檢出設備的運行狀態，并預報警，如接地、斷桿、皮帶斷裂等故障；

（6）變頻器一般具有通訊功能，便于后期實施推廣數字化油田；

（7）經測試單井有功節電率在4%~12%不等，具體數據如表2所示。

表2 單井節能測試數據

從表2的數據可以看出，使用變頻后，沖次普遍比工頻高，但電耗比工頻低，且無功消耗基本可以忽略，也側面說明了使用變頻器后，電網側的功率因數得以提高。測試的數據沒有具體的產液量，并不嚴謹，但在測試時，同一口井的不同方式的測試是緊湊進行的，井下液位變化可以忽略不計。

前面從便利性、節能、維護、投資等幾方面說明了使用變頻器的好處，通常使用變頻器，也有一些固有的弊端，如對電機絕緣的要求比普通電機高，長期低速運行時的散熱問題，電網側的5、7、11、13等次諧波高等，這些可以通過電機選型設計或者采取一些低成本的濾波措施得以減緩。

綜合來看，在油田推廣使用變頻器還是利大于弊的。

精彩對話

希望森蘭科技股份有限公司副總工程師任光法

自動化博覽：希望森蘭能夠為石油化工行業提供哪些產品和解決方案？核心優勢主要體現在哪里？

任光法：石油化工行業上下游橫跨了勘探設備、采油設備、管道輸送，到煉油廠、石化廠等諸多領域，應該說凡是用到電機的地方，都可以應用變頻器。我們都有相應的產品可以提供，如管道輸送的高、低壓變頻器，化工場合的防爆產品、高可靠性長壽命產品等。

希望森蘭從1995年開始自主研發，到1998年開始量產變頻器，歷經20年持續不斷的積累，沉淀了技術，積累了豐富的市場應用經驗，如今擁有不斷創新的服務體系和精益求精的產品品質。未來，希望森蘭將堅持以客戶為中心，更加貼近客戶，為客戶實現增值，實現產品的全生命周期的管理。

自動化博覽：您如何看待中國石油化工行業的未來發展前景？希望森蘭對此將如何布局？

任光法：石化行業與我們生活息息相關，衣食住行都離不開，相比于煤化工、生物質，石油仍然頗具優勢，個人認為將有廣闊的發展全景。相信，未來的石化企業將不再是重污染企業的代表，而是向企業經營與社會和自然環境相協調的生態型發展。

國際原油價格從2014的幾近腰斬開始進入低油價的“寒冬”，對國內的油企來說，出現了價格倒掛，一些油田也采取了關停部分采油區的措施。即通過降低采油過程中能耗、物耗和人力消耗，從而降低成本。而變頻器以其節能降耗、工藝調速的特點，必將在石化行業的升級、轉型中發揮更大的作用。我們一直在努力拓展變頻器在石化行業的應用，未來會更加關注細分市場。

摘自《自動化博覽》2018年2月刊