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  郝英杰,許衛(wèi)華

1  引言
隨著我國石油工業(yè)發(fā)展和油田開發(fā)的需要，為了提高油田采油速度和最終采收率，應(yīng)用機(jī)械采油方法，是整個(gè)油田開發(fā)過程中一個(gè)重要步驟。潛油電泵作為一種比較新的機(jī)械采油設(shè)備，近十年來在我國已得到廣泛的應(yīng)用，并得到不斷完善和發(fā)展。
潛油電泵是井下工作的多級(jí)離心泵，同油管一起下入井內(nèi)，地面電源通過變壓器、控制屏和潛油電纜將電能輸送給井下潛油電機(jī)，使電機(jī)帶動(dòng)多級(jí)離心泵旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，把油井中的井液舉升到地面。
由于潛油電泵的機(jī)組與泵是在地面以下兩千多米的井底工作，環(huán)境惡劣（高溫、強(qiáng)腐蝕等），傳統(tǒng)的供電方式――全壓、工頻使它故障頻繁，運(yùn)行成本大增。潛油電泵損壞后提到地面上來修理，僅工程費(fèi)一項(xiàng)就達(dá)5萬元，價(jià)值10萬元的電纜平均提上放下5次就必須更換，潛油電泵平均每10個(gè)月就需維修一次，維修費(fèi)用約8萬元。傳統(tǒng)的供電方式危害甚多。例如：
①  潛油電泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)井下液量不富余時(shí)，容易抽空，甚至造成死井，一旦死井，則損失慘重。
②  油田供電電壓常有波動(dòng)，使電機(jī)欠勵(lì)磁或過勵(lì)磁，電機(jī)被燒時(shí)有發(fā)生。
③  兩千米的井下電纜帶來了150伏左右的線路損耗，由于這部分損耗無法補(bǔ)償，從而影響了電機(jī)的正常工作。
2  潛油電泵專用變頻器的應(yīng)用
潛油電泵在工頻啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流大，電機(jī)電纜的壓降較大，使得電機(jī)電纜在起動(dòng)過程中的反壓較高，絕緣性能降低，每次開機(jī)都會(huì)使電泵壽命大打折扣。潛油電泵在正常工作時(shí)，普遍存在著電機(jī)負(fù)載率較低的情況，“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴(yán)重。潛油電泵的功率因數(shù)都較低，無功損耗較大，耗電量多。根據(jù)油田開發(fā)方案的要求，潛油電泵應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況的變化，調(diào)節(jié)抽油量。傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式是靠更換油嘴來調(diào)節(jié)產(chǎn)量。這樣既造成能量損失又不能精確地控制。有時(shí)使得電機(jī)與泵長期在高油壓狀態(tài)下運(yùn)行；有時(shí)使得油井出沙嚴(yán)重，使設(shè)備壽命縮短，不能符合開發(fā)方案的要求。解決以上問題，只有采用變頻控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)頻率來調(diào)節(jié)油壓和產(chǎn)量。我們對(duì)勝利油田的二十多口電泵井進(jìn)行了變頻運(yùn)行改造，起到了良好的效果。
潛油電泵專用變頻器有以下特點(diǎn)：
①  可實(shí)現(xiàn)電泵軟起動(dòng)、停車，延長電泵的使用壽命，保護(hù)電機(jī)、電纜，節(jié)約維修費(fèi)用。
②  提高電泵系統(tǒng)的功率因數(shù)，節(jié)電效果明顯。
③  提高管網(wǎng)的品質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)電泵系統(tǒng)的閉環(huán)控制，增加電泵系統(tǒng)的工作安全性。
④  可靠性高，操作方便，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓、電流的連續(xù)調(diào)節(jié)，以達(dá)到輸出功率連續(xù)可調(diào)的目的，使電泵采油系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。
⑤  提高生產(chǎn)效率，便于整體管理及調(diào)度，可實(shí)現(xiàn)電泵系統(tǒng)的集散控制。
3  改造與應(yīng)用
潛油電泵專用變頻器的基本結(jié)構(gòu)是交―直―交變頻器，它是先將工頻交流電通過整流器變成直流電，再經(jīng)過逆變器將直流變成可控頻率的交流電，因此又稱為中間直流環(huán)節(jié)的變頻裝置。在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，在改變頻率的同時(shí)，控制變頻器的輸出電壓，使電機(jī)磁通保持一定。通過保持U/f恒定使電動(dòng)機(jī)獲得所需的轉(zhuǎn)矩特性。潛油電泵變頻改造系統(tǒng)流程如圖1所示。

 圖1  潛油電泵變頻改造系統(tǒng)流程圖

根據(jù)東萃科技有限公司生產(chǎn)的潛油電泵專用變頻器ZDBP-75/1140在勝利油田純梁采油廠L23-P1＃上的應(yīng)用情況進(jìn)行舉例說明。
設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)有：
輸入：三相、50Hz、線電壓1140V（+15%～-20％）；容量：75kW；輸出：頻率2～50Hz連續(xù)可調(diào)，額定電壓1140V；保護(hù)功能：過壓、欠壓、過載、短路、缺相、溫升、失速。
該油井供液能力較差，為了保證連續(xù)生產(chǎn)，安裝完畢后，去掉油井油嘴，頻率調(diào)至40Hz運(yùn)行。電流由原工頻時(shí)的52A降為28A。經(jīng)該廠能源檢測站采用DJYC-95型電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行測試儀（電壓、電流0.5級(jí)，功率1.0級(jí)）對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場測試，結(jié)果如下：
① 系統(tǒng)功率因數(shù)由0.671提高到0.759。
② 有功功率降低幅度較大，有功節(jié)電率達(dá)到了22.49%，無功節(jié)電率為39.85%，綜合節(jié)電率為23.04%，節(jié)電效果較好（見表1）。

表1  變頻改造前后測試數(shù)據(jù)表
 

③ 實(shí)現(xiàn)了電泵軟起動(dòng)、停車，有效保護(hù)電機(jī)、電纜，延長了電泵的使用壽命。

4  變頻改造應(yīng)注意的事項(xiàng)
油田的地質(zhì)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，各個(gè)采油區(qū)塊、各油井的生產(chǎn)情況都不盡相同。油井井深不同，地面電壓從600～2500伏不等，因此在使用變頻器時(shí)應(yīng)注意電泵井的電壓等級(jí)；充分了解了井況，針對(duì)不同的井還要注意使用的方法。這樣才能起到良好的效果（見表2）。
采油技術(shù)涉及多學(xué)科領(lǐng)域，目前的潛油電泵用變頻器已從原先的高―低―高方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯痈擗D高變頻，體積更小、操作更加方便。但為了提高油田采油的自動(dòng)化水平，在應(yīng)用時(shí)還有待解決以下問題：① 使變頻器與井底溫度傳感器、壓力傳感器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。② 使變頻控制系統(tǒng)具有運(yùn)行參數(shù)無線傳輸功能，可隨時(shí)監(jiān)測油井的運(yùn)行情況。

                                     表2