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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)?，故采用?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％?？梢?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)?？梢灶A(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。