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1  引言
　　在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)中,，石油所起的作用越來(lái)越重要,，石油、煤炭已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱,。但是,，我國(guó)的石油儲(chǔ)量低，開(kāi)采成本高,，難度大,，且多處于地質(zhì)貧寒、鹽堿度高的地帶,，石油的開(kāi)采量已遠(yuǎn)不能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要,。因此降低生產(chǎn)成本,，實(shí)現(xiàn)今年開(kāi)采，已成為當(dāng)務(wù)之急,。
　　經(jīng)過(guò)對(duì)油田的考察與調(diào)研,，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的直接手段就是采用變頻調(diào)速控制。對(duì)于我國(guó)的石油機(jī)械,，從我國(guó)的幾大油田分析,，其中傳統(tǒng)的曲桿式磕頭機(jī)所占的比例仍較大，其次潛油電泵也有相當(dāng)?shù)臄?shù)量,。在油田的輸油系統(tǒng)中,，大多采用高壓輸油泵技術(shù)。我們?cè)缙谂c遼河油田聯(lián)合開(kāi)發(fā)的高壓變頻器,，到現(xiàn)在已應(yīng)用與大慶油田,、勝利油田、中原油田,、遼河油田及青海油田的高中低壓變頻器,，將變頻技術(shù)成功的應(yīng)用與抽油設(shè)備及附屬設(shè)施上，獲得了較好的效果?，F(xiàn)分幾個(gè)方面介紹,，以期得同行業(yè)的幫助與支持。
2  曲桿式抽油機(jī)
2.1抽油機(jī)變頻器
　　曲桿式抽油機(jī)俗稱(chēng)磕頭機(jī),，是利用曲桿的作用,，靠動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)，將油從1000M以下的
　　井下帶至地面,。其工作過(guò)程為：用電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī),，減速機(jī)帶動(dòng)皮帶輪，皮帶輪帶動(dòng)兩個(gè)很重的鋼之
　　滑塊,，靠鋼質(zhì)滑塊的旋轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng),，依靠杠桿作用，將盛油器提上放下,，而將油帶出地面進(jìn)入輸油管道中或儲(chǔ)油罐中,，完成有抽油過(guò)程。
　　由于油井情況復(fù)雜,，油層又較深,，含沙、結(jié)蠟情況嚴(yán)重,，油量希稠不勻,，在油井的前、中,、后期就需要調(diào)節(jié)抽油量,，在前期,，油量充足，可讓充程短一些,，加大出油量,，提高產(chǎn)量，而在中后期,，井下油量不足時(shí),，可將充程調(diào)長(zhǎng)一些，減少抽油量,，緩沖泥沙對(duì)抽油桿的沖擊,。
　　油田上原來(lái)的調(diào)節(jié)是靠調(diào)節(jié)皮帶輪來(lái)調(diào)整充程的，這不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力,，有的單靠抽油工工都調(diào)節(jié)不了,，更換皮帶輪麻煩，更換后的充程也不一定合乎要求,，需要反復(fù)調(diào)整,，而且這種調(diào)節(jié)方式,，電機(jī)轉(zhuǎn)速不變,，也浪費(fèi)了電能。
　　我們采用變頻器對(duì)這種抽油方式進(jìn)行了改造,，調(diào)節(jié)充程時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速代替調(diào)節(jié)皮帶輪,，起到了比較號(hào)的效果。在前期井中,，調(diào)高電機(jī)轉(zhuǎn)速,，甚至超過(guò)全速（50Hz,一般調(diào)至65Hz），使抽油量加大,，提高產(chǎn)量,；在中后期井中，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速,，使充程滿(mǎn)足工況要求,，即可實(shí)現(xiàn)充程調(diào)節(jié)。這種方式簡(jiǎn)便易行,，采油工只簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)一下變頻器頻率調(diào)節(jié)旋鈕即可,，而且實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。在前期井中,，提高產(chǎn)量也即意味著節(jié)能,，低于50Hz運(yùn)行更可節(jié)約大量的能量。經(jīng)實(shí)測(cè),，節(jié)電率在35％左右,。
　　但這類(lèi)變頻器有一個(gè)特殊的地方應(yīng)注意,，在抽油機(jī)提升油時(shí)由于杠桿的作用，相應(yīng)的鋼質(zhì)滑塊要下落,，這期間電機(jī)將超過(guò)同步轉(zhuǎn)速而發(fā)電,，回送至變頻器，使變頻器的工作安全受到威脅,，所以要加耗能環(huán)節(jié),，將該部分能量消耗掉。
　　為使變頻器故障時(shí)不耽誤生產(chǎn),，可加工工頻旁路,，其應(yīng)用示意圖如圖1所示。變頻器運(yùn)行時(shí),，開(kāi)關(guān)C1和C2全部合閘,，C3斷開(kāi)；變頻器故障時(shí)C1和C2斷開(kāi),，C3合閘,；變頻器運(yùn)行，C3和C1,，C2聯(lián)鎖,，不會(huì)發(fā)生合閘的情況。

2.2中頻加熱電源
　　在曲桿式抽油機(jī)中,，有很多地質(zhì)情況下油質(zhì)稠,，難于開(kāi)采，于是就采取了一種措施,，用空心桿進(jìn)行電加熱,，將稠油變稀而利于開(kāi)采。
　　傳統(tǒng)的加熱方式式采用工頻加熱,，其原理如圖2所示,。

　　將加熱電纜放入空心桿中，空心桿放入油井中當(dāng)加熱電纜通電變熱時(shí),，空心桿也變熱,，從而將井中附件的油加熱變稀。
　　這種加熱方式一是需要專(zhuān)門(mén)的變壓器,，將380V的三相交流電變成單相500V的交流電,，引起電網(wǎng)的不平衡，污染電網(wǎng),，加熱效果也不好,，常會(huì)由于加熱電纜的損壞而造成工作不正常，甚至燒毀變壓器。
　　鑒于以上情況,，我們與油田合作,，研制了一種專(zhuān)門(mén)的電源對(duì)電纜進(jìn)行加熱，采用新型的變頻技術(shù),，在中頻狀態(tài)下（大約500Hz左右）加熱,，升溫快，溫度高,，效果更好,，而且可以節(jié)約電能，這就是中頻加熱電源,。其工作如圖3所示,。

　　采用變頻的原理，將50Hz的三相交流電,，變成頻率為500Hz,，電壓連續(xù)可調(diào)的中頻電源，是比較容易的,。后面接一中壓變壓器,，起隔離機(jī)阻抗匹配的作用。利用單片機(jī)檢測(cè)電網(wǎng)的變化,、電纜負(fù)載的變化等,。將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作起到很好的保護(hù)作用。
　　根據(jù)油田電網(wǎng)的實(shí)際,，我們又開(kāi)發(fā)了1140V的中壓中頻電源,、這種電源已有近百臺(tái)在油田上使用，提高了加熱效果,，節(jié)省了電能，得到用戶(hù)的好評(píng),。與原來(lái)的工頻相比較,，節(jié)電可達(dá)33％以上。
3潛油電泵改造
　　在一些油田,，由于油層較深,，含水量較大，一般油層在2-3km,，采用普通的曲桿式抽
　　油機(jī),，開(kāi)采量小，且容易出問(wèn)題,，于是人們就采用像抽水的潛水泵抽水一樣,，將油提上來(lái)，這就是潛油電泵,。
　　潛油電泵由于潛油較深,，電纜較長(zhǎng),，一般采用中壓輸電而減小壓降損耗，采用中壓電機(jī),，一節(jié)泵潛油電泵采用1140V供電,，兩節(jié)泵潛油電泵采用2300V供電。
　　原來(lái)的工頻控制采用工頻全壓?jiǎn)?dòng),，用電機(jī)保護(hù)儀對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù),，如圖4所示。

　　由于采用全壓?jiǎn)?dòng),，對(duì)電網(wǎng)沖擊較大,，電機(jī)所受扭矩較大，在油層含沙,、結(jié)蠟的情況下,，電機(jī)軸扭斷的情況時(shí)有發(fā)生，而電壓經(jīng)過(guò)2-3km的電纜后,，到電機(jī)側(cè)將有150V左右的壓降得不到補(bǔ)償,，因此時(shí)間長(zhǎng)了電機(jī)也會(huì)被燒毀。一旦出現(xiàn)問(wèn)題,，將要花費(fèi)很大的的財(cái)力（油田上稱(chēng)上作業(yè)）將電泵提上來(lái)進(jìn)行更換,、檢修，電纜被提上,、放下5次就將報(bào)廢,，所以損失慘重，需要進(jìn)行改造,。
　　由于變頻器具有軟啟動(dòng)功能,，可進(jìn)行軟啟動(dòng)補(bǔ)償?shù)龋什捎脤?zhuān)用變頻器對(duì)潛油電泵進(jìn)行了改造,。
　　潛油電泵變頻器已進(jìn)行了多方面的介紹,，由于電壓的\特殊性，加之IGBT模塊的耐壓有限,，我們采用模塊串聯(lián)的方式,，用三電平電路實(shí)現(xiàn)了1140V-2300V電壓等級(jí)，研制出了潛油電泵專(zhuān)用變頻器,。采用低頻補(bǔ)償對(duì)啟動(dòng)不足加以補(bǔ)償控制,。用低頻軟啟動(dòng)，使電機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn),，較好的彌補(bǔ)了工頻起動(dòng)運(yùn)行不足,，而且采油工可根據(jù)油井含油量的多少調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，適應(yīng)實(shí)際工況的需求，節(jié)約了電能,，收到了較滿(mǎn)意的效果,。節(jié)電率可達(dá)到25％以上。變頻改造的示意如圖5所示,。

4  高壓輸油泵及注水泵
4.1輸油泵
　　輸油泵是油庫(kù)生產(chǎn)運(yùn)行中主要的能耗設(shè)備,。原來(lái)一般通過(guò)控制輸油泵出口閥門(mén)的開(kāi)度
　　來(lái)調(diào)節(jié)油量，大量的能源消耗在泵出口閥前后,。
　　在設(shè)計(jì)初期,，考慮到各種工況的需求，泵的設(shè)計(jì)裕量一般較大,。在一般情況下,，存在
　　著“大馬拉小車(chē)”的情況。據(jù)測(cè)算,，輸油泵出口閥門(mén)的節(jié)流損失最大占額定功率的39％,。可見(jiàn)能源的浪費(fèi)是十分驚人的,，其節(jié)能改造勢(shì)在必行,。
　　遼河油田錦州采油廠歡三站采用我公司的高壓變頻器對(duì)一臺(tái)6KV/335KW的輸油泵進(jìn)行了改造。根據(jù)流體力學(xué)特性,，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速后,，其泵所需的輸入功率會(huì)大幅度的降低，從而達(dá)到了節(jié)能效果,。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況,，合理的調(diào)整變頻器運(yùn)行參數(shù)，其綜合節(jié)電率可達(dá)37％,。
4.2注水泵
　　在油田生產(chǎn)中,，對(duì)某些油含量較少的井，采用注水方式進(jìn)行輸油,，有的井油抽干后,，為保持地質(zhì)平衡，也需要進(jìn)行注水,。注水泵的應(yīng)用在油田上也很普遍。
　　由于應(yīng)用環(huán)境的惡劣,，一般采用高壓電機(jī),，而其功率又比較大，加之工況不同,，設(shè)計(jì)裕量較大,，也存在“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象，能源浪費(fèi)也很?chē)?yán)重。
　　我們?cè)谶|河油田錦州采用廠歡三站對(duì)兩臺(tái)注水泵進(jìn)行了變頻調(diào)速節(jié)能改造,，一臺(tái)是6kv/400kw一臺(tái)是6kv/1800kw采用高壓大功率變頻器,，安裝運(yùn)行一年多，工作正常,，其綜合節(jié)電率可達(dá)到46％,。
5   結(jié)束語(yǔ)
　　對(duì)抽油設(shè)備進(jìn)行改造，是油田提高產(chǎn)量,，節(jié)約電能的正確措施,，變頻器發(fā)揮了必將繼續(xù)發(fā)揮更強(qiáng)大的作用。通過(guò)這幾年的實(shí)踐,，我們已有了成功的經(jīng)驗(yàn),。可以預(yù)計(jì),，在不遠(yuǎn)的將來(lái),，變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)更為拓展，將會(huì)成為油田改造的好產(chǎn)品,。