變頻控制技術在油井三次采油中的應用

大慶油田 技術培訓中心 杜 倩 邢文靜

大慶石油鉆井二公司 劉 杰

陜西省燃氣設計院 王 飛

目前，在我國石油開采行業中，絕大多數油田開采都是依靠原油初次開采時的井下壓力使原油和天然氣自噴而出，這種開采方法實現起來比較容易，對設備要求也不高，但是在初次開發后隨著地下壓力的減小，原油井下壓力逐漸降低，當油井無法實現自噴時，就需要向地下注水將油驅出，我國部分油田已經采用了這種二次采油方式。由于目前國內的大多油井都已經進入二次采油晚期，注入地下水每100 t驅出的原油不足5 t，即使綜合計算初次原油采集和二次采集，平均采收率也只有31.2%。因此，三次采油就變得十分重要了，油田進行三次采油可以維持原油穩定、減緩油田衰老速度，是有效提高原油采收率的重要方法。

一、三次采用中的變頻控制技術

三次采油主要包括三元復合驅油、微生物驅油和聚合物驅油等技術。目前油田最常用的是聚合物驅油技術，該技術通過向油井下不斷注入聚合物來增大井下壓力，當井下壓力達到排出壓力時，原油就被驅動采出。在國內的三次采油技術中，聚合物驅油技術比較成熟，對于聚合物驅油技術來說，流量計量、注聚泵以及聚合物分散裝置是最重要的設備。

1.流量計量。聚合物驅油的流量計量屬于高壓計量，主要使用電磁流量計、高壓磁流量計和金屬高轉子流量計。

2.注聚泵。注聚泵由動力端、液力端、傳動本分及電氣本分組成。電動機作為動力端，輸出扭矩帶動大、小皮帶輪和窄形皮帶，使泵減速到使用速率，由曲軸旋轉，帶動連桿，將旋轉運動轉換為往復運動，同時扭矩轉換為該泵的沖次，從而驅動柱塞作往復運動。當柱塞進入向后的行程時，該泵的進液閥被打開，出液閥關閉，泵筒內腔壓力變小，外界壓力使液體進入注聚泵，此過程為吸入過程，直到柱塞運行到曲軸180°位置為止。與之相反，柱塞進入向前運行時，該泵的進液閥關閉，出液閥開啟，泵筒內腔壓力逐漸增大，泵體腔內的液體受到擠壓，從而將液體排出。注聚泵結構如圖1所示.

圖1 注聚泵結構

3.聚合物分散裝置。聚合物分散裝置是采油的重要設備，其作用主要是將聚合物與水均勻充分地混合，并將混合物調配成所需的濃度、黏度以及比例。

二、變頻調速的應用

目前，國內大多數油田都采用了變頻調速技術來調節泵的沖次，變頻調速技術利用成熟的傳感器技術采集數據，通過模糊控制，制定最佳運動狀態，在保證電機運行在高效率區的前提下，使得機械采收率保持在最佳狀態。將變頻調速技術應用在三次采油上，可以提高老油田的采油率，有利于穩定老油田的產量。變頻技術可以節約日消耗費用，解決后期采油存在的“空抽”問題，從而減小設備磨損，有效提高單口井日產量；此外，變頻技術的使用還具有環保性，在油田推廣具有深遠的意義，是綠色油田發展的新方向。

由于電機轉速與工作電源輸入頻率成正比，據此可以對變頻調速進行計算，計算公式如下。

式（1）中，n為轉速，f為輸入頻率，s為電機轉差率，p為電機磁極對數。由式（1）可知，變頻調速可以通過改變電動機的工作電源頻率來改變電機轉速；同時也可以通過改變定子供電頻率改變電機轉速，從而改變電機輸出功率；調節過程中，電機轉速一般都低于額定轉速，故在頻率調節范圍內通過改變頻率，可以有效改善電機的特性。

流量計獲取流量信號后，先送往PID（比例-積分-微分）調節器，再送往變頻器，從變頻器輸出的信號可以在PID面板上顯示。通過對PID輸出進行設定，可以實現對信號控制電機轉速的控制；通過閉環控制系統回路，可以實現對流量的調節。該設計不但運行平穩，而且控制精度高，節能效果顯著。變頻調速技術通過改變電機運行狀態來控制泵的轉速，從而控制油田采油所需的現場過程參數。與采用傳統的閥門調節向北，該方法有效改善了采油設備的運行工況，使設備操作更為方便快捷。閉環控制過程如圖2所示。

圖2 變頻調速閉環控制過程

三、結論

三次采油技術對老油田的穩產具有重要作用，將變頻調速技術應用在三次采油中，綜合初次采油可以大大提高油井產量，降低采油成本，而且具有環保、節能的優點。變頻調速技術與流量計和PID控制技術結合，實現了自動控制運行，可以精確計算聚合物的實際注入量，從而保證了聚合物注入的連續性和聚合物溶液的濃度，提高了注聚效率，為降低含水率、增加產量打下了基礎。變頻控制技術在油井三次采油中的應用，既提高了生產的安全性和可靠性，也延長了設備的使用壽命，同時還降低了勞動強度，節約了能耗，提高了工作效率，取得了顯著的經濟和環境效益。