孙莹莹
（大庆油田力神泵业有限公司 黑龙江大庆 1630000）
摘要：潜油电泵作为一种比较先进的机械采油设备，在油田内广泛的应用，并在实践中得到不断完善和发展，目前变频器控制逐步取代了定频控制，能够有效的控制潜油电泵电机的转速，使潜油电泵的排量与油井供液相匹配，在油井供液不足时，潜油电泵的转速自动下降。达到潜油电泵连续运转，避免频繁启、停对电泵机组、电缆的损害，实现节能和延长电泵井检泵周期的目的。
关键词：变频调速；潜油电泵；油田应用
油田潜油电泵采油技术属于二次采油技术，它具有采油作业面占地少、施工操作简单、排液量大、采油效率高等优点，特别适用于油田开发中后期的高含水油井，是油田一种重要的采油设备，在国内外各油田均广泛应用。针对潜油电泵过去使用中存在的诸多问题，提出了采用中压变频调速技术的应用解决方案，介绍了中压变频调速驱动技术的工作原理、性能特点
1.变频器工作原理
变频调速器是利用电力半导体器件的通断工作将工频电源变换成另一频率的电能控
制装置。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系，通过
改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。即使考虑调速装置本身的损耗等因素，在电动机前加装变频器，节电也是相当可观的。目前应用得最广泛的是交-直-交变频器。变频器的工作过程是：先将电源的三相（或单项）交流电经整流桥整流成直流电，又经逆变桥把直流电逆变成频率任意可调的三相交流电。其中，变频的核心部分是逆变电路。
2.中压变频调速驱动技术的特点
（1）变频器具备软启动功能，平滑启动，消除启动时的冲击电流，启动时电动机电流可限制在其额定电流的150%之内。在启动过程中，电动机转速随着频率变化而接近同步状态升速，故反电势及冲击电流很小，绝缘易受破坏的问题出现几率较低。对电潜泵井进行变频改造后，实现了电潜泵的软启动、软停车，有效保护了电潜泵与电缆。
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（2）节能效果明显，节电率高达20%~60%。无论重载或轻载，系统的功率因数均较高，尤其在小负载状态，无功功率大大减小，提高功率因数及电网供电能力，具有明显的节电效果。
（3）通过调节频率可方便调节油压，避免了电潜泵在高压下长期运行。可按油井当前状况调节出油量，使油井工作在最佳状态。
（4）微电脑智能控制，自动适应，自动跟随，无需人工调整，亦可组成压力、温度闭环系统，提高自动化程度及实现最佳控制。采用变频调速后，对于富油油井，可以增产；对于贫油油井可以做到连续生产且减少停井次数并达到节能的目的；对含砂油井，可以减少卡泵次数，并可反转排砂，延长电泵寿命；对于含气油井，可提高转速减少油气分离不佳所致的气锁现象出现而增产增效；对于含蜡油井，可减少结蜡、结垢而降低管路堵塞次数；对于稠油油井，可低速大功率运行，减少停井次数并获得可观的节能效果。
（5）减少电动机发热及运动部件的磨损程度，有效延长电动机使用寿命，降低维修成本。可延长电潜泵寿命，节约油井维修、维护费用，使电泵机组在最佳工况下运行，大大提高了电潜泵采油系统的效率，在降低故障率的同时提高工作效率。潜油电泵通过采用中压变频调速控制技术，使电潜泵的平均维修周期由原来的3至6个月，延长到1至2年，大大地提高了油井的采油时率，节省了大量的维修费用。
（6）控制系统具有欠载保护功能，大大提高了油泵和电动机工作寿命，比较适合油田生产使用。同时，由于输出的电压波形相较二电平变频器更接近于正弦，网侧谐波大减，故可以多台集中使用，而电网不受影响。
（7）变频器运行稳定可靠。选用的中压变频器采用二极管箝位三电平变频控制调速技术，其核心器件采用1700 VIGBT，该器件比较成熟，价格低廉，性能价格比较高，这种拓扑结构在中压电压之下是最优选择方案。因此，该控制系统性能稳定，运行可靠，故障率低。
3.变频器在潜油电泵井的应用
大庆油田应用较多的另一种采油设备是潜油电泵，它是井下工作的多级离心泵，同油管一起下入井内，地面电源通过变压器、控制屏和电缆将电能输送给井下电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中液体举升到地面。由于潜油电泵在地下两千多米的井底工作，环境非常恶劣，传统供电方式——全压、工频使它故障频繁，运行成本大增。一方面，在工频启动时，启动电流大，电动机电缆压降较大，是的启动过程中反压较高，绝缘性能降低，每次开机都会简短寿命。潜油电泵损坏后提到地面上修理，仅工程费一项就达5万元，价值10万元的电缆平均提上放下5 次就须更换。电泵平均每10个月就须维修一次，维修费用约8万元，成本较高。另一方面，电泵在正常工作时，普遍存在着电动机负载率较低情况，“大马拉小车”现象严重。电泵功率因数低，耗电量多。为解决这个问题，电泵应能根据地质情况变化，调节抽油量。传统方式是靠换油嘴调节产量，既造成能量损失又不能精确控制。因而有必要引入交流变频调速控制系统，调节油压、调节产量。对电泵井进行变频改造实现了电泵的软启动、软停车，有效保护了电泵与电缆；通过调节频率可方便调节油压，避免了电泵在高压下长期运行；延长了电泵寿命，节约了油井维修、维护费用，使电泵机组在最佳工况下运行，大大提高了电泵采油系统的效率。同时，提高功率因数，提高电网供电能力，节电效果明显。
4.结语
在潜油电泵系统中配备变频调速装置，可以有效地扩大潜油电泵的使用范围，大大地提高潜油电泵的适应性能，节省大量的作业费用。通过分析发现，在进行变频调速时，不产生节流损耗。在这一点上，变频调速具有很大的优势。潜油电泵的变频控制方式采用的是恒压频比的控制方式这就是恒压频比的控制方式,是近似的恒磁通控制。在恒压频比的情况下，电动机能始终工作在稳定工作区内。
参考文献
［1］朱益飞.油田变频调速技术在油田的应用分析［J］.变频技术应用，2010（3）：85-89.
［2］李振智，唐周怀，龚兴云，等. 变频器在潜油电泵井上的应用［J］.钻采工艺，2001（3）：54-56.
论文作者:孙莹莹
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/26
标签：电泵论文; 油井论文; 变频器论文; 电动机论文; 油田论文; 变频调速论文; 工作论文; 《电力设备》2016年第12期论文;