淺談變頻調(diào)速技術(shù)在三次采油中的應(yīng)用和意義

戴海峰

（渤海石油裝備制造有限公司石油機(jī)械廠，河北 滄州230041）

以往我國(guó)石油開(kāi)采行業(yè)絕大多數(shù)油田開(kāi)采依靠的都是一次采油技術(shù)。一次采油技術(shù)是在原油初次開(kāi)采時(shí)，利用井下壓力使原油和天然氣自噴而出。這種原始的開(kāi)采方式對(duì)設(shè)備和技術(shù)的要求比較低，一般應(yīng)有于油田開(kāi)發(fā)的初期。油田經(jīng)過(guò)一次采油技術(shù)開(kāi)采后，地下壓力的變小，原油井下壓力不足以使原油和天然氣自噴，要對(duì)油井繼續(xù)開(kāi)采，就必須使用二次采油技術(shù)。二次采油技術(shù)是通過(guò)向地下注水增加井下壓力，將原油和天然氣驅(qū)出。目前我國(guó)部分油田已經(jīng)采用了二次采油技術(shù)。由于各大油田的開(kāi)發(fā)進(jìn)程不一，一些開(kāi)發(fā)力度大的油田，也已經(jīng)進(jìn)入二次采油晚期，向地下注水的采油率不足百分之五，綜合計(jì)算初次原油采集和二次原油采油的采集率也剛剛超過(guò)百分之三十。因此，為了保證油井的采油率，三次采油技術(shù)的采用變得非常必要。各大油田進(jìn)行三次采油，既可以維持原油穩(wěn)定，減緩油田衰老速度，提高原油采收率，又符合我國(guó)能源戰(zhàn)略要求。

1 三次采油概述

（1）三次采油的原理。三次采油技術(shù)是在油田經(jīng)過(guò)一次和二次采油之后進(jìn)行的更進(jìn)一步的采油技術(shù)手段，其主要通過(guò)改變油井內(nèi)部石油、氣體、水和巖石之間的物理化學(xué)特性的方法，達(dá)到第三次對(duì)油進(jìn)內(nèi)的石油進(jìn)行開(kāi)采目的。

（2）三次采油的現(xiàn)狀。聚合物、微生物、三元復(fù)合驅(qū)油是目前三次采油中運(yùn)用的主要手段，而聚合物是最普遍采用的方法。

聚合物驅(qū)比水驅(qū)增加了一倍的采油率，是東部老油田經(jīng)過(guò)二次采油后，油井進(jìn)入高含水后期，保持穩(wěn)產(chǎn)的重要措施之一。大慶、大港、勝利等油田一些開(kāi)采進(jìn)度比較快的大油田已經(jīng)進(jìn)行了聚合物驅(qū)油，其中大慶油田使用聚合物來(lái)進(jìn)行驅(qū)油之后，年產(chǎn)油量已達(dá)一千一百萬(wàn)噸以上。在三次采油過(guò)程中，聚合物驅(qū)油法采用往地下注入聚合物的方法增加油井的采油率方法被國(guó)內(nèi)的一些大油田廣泛采用，使聚合物驅(qū)己形成了系統(tǒng)的配套工藝技術(shù)，并且在我國(guó)大慶和勝利等東部傳統(tǒng)的大型油田基地中形成規(guī)模較大的工業(yè)化生產(chǎn)。

2 三次采油中的變頻控制技術(shù)

變頻技術(shù)在三次采油中的應(yīng)用，實(shí)際上就是利用變頻器基于上述原理采用電源變換技術(shù)，將電力電子、微電腦控制等技術(shù)集合在采油設(shè)備之上綜合性電氣化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程。

油田常用利用聚合物進(jìn)行驅(qū)油，它是利用向油井注入聚合物，提高井下壓力來(lái)將井下的原油壓迫出油井。影響聚合驅(qū)油技術(shù)的重要設(shè)備有流量計(jì)量、分散裝置和注聚泵。

（1）流量計(jì)量設(shè)備通常是采用高壓計(jì)量的方式進(jìn)行計(jì)量。主要的流量計(jì)量工具有電磁、金屬高轉(zhuǎn)子和高壓磁流量計(jì)。

（2）聚合物分散裝置的主要功能是將聚合物進(jìn)行充分混合，之后將混合物配置成所需要的黏度、濃度和比例的采油設(shè)備。

（3）注聚泵（圖1）組成包括液力端、動(dòng)力端、電氣本分和傳動(dòng)本分。

注聚泵的工作原理：通過(guò)電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，利用扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)窄形皮帶和大、小皮帶輪，通過(guò)泵過(guò)渡至使用速率，通過(guò)曲軸的旋轉(zhuǎn)，來(lái)驅(qū)使連桿，使旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為來(lái)回運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)扭矩轉(zhuǎn)化為聚注泵的沖次，使驅(qū)動(dòng)柱塞來(lái)回運(yùn)動(dòng)。在柱塞進(jìn)入泵筒向后運(yùn)功過(guò)程中，泵中的進(jìn)液閥被打開(kāi)，同時(shí)出液閥被關(guān)閉，泵筒內(nèi)壓力開(kāi)始變小，壓力迫使液體流入注聚泵，這個(gè)液體吸入的過(guò)程將延續(xù)至柱塞移動(dòng)到曲軸一百八十度位置為止。同樣，柱塞進(jìn)入泵筒內(nèi)向前移動(dòng)的過(guò)程中，泵的進(jìn)液閥將會(huì)關(guān)閉，同時(shí)出液閥將會(huì)開(kāi)啟，泵筒的內(nèi)腔壓力開(kāi)始變大，泵體內(nèi)的液體將被壓力擠壓。

圖1 注聚泵結(jié)構(gòu)

3 三次采油中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)多數(shù)的油田都通過(guò)變頻調(diào)速這項(xiàng)技術(shù)去調(diào)整泵的沖次。變頻調(diào)速技術(shù)其實(shí)是通過(guò)運(yùn)用傳感器來(lái)采集數(shù)據(jù)，進(jìn)過(guò)模糊控制，預(yù)設(shè)最佳運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在電機(jī)運(yùn)行保持高效率的前提下，讓機(jī)械采油率維持在最優(yōu)水平。三次采油中運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)，通過(guò)更加高效實(shí)用的技術(shù)手段，提高老油田的整體采油率，有助于維持老油田的原油產(chǎn)量的穩(wěn)定。變頻技術(shù)節(jié)約了每日消耗的費(fèi)用，有利于處理后期存在的的采油“空抽”局面，使設(shè)備的磨損減小，有利于增加每口油井的每日采油量；變頻技術(shù)的采用有助于提高采油過(guò)程的環(huán)保性，具有極其深遠(yuǎn)的推廣意義，同時(shí)也有助于油田向綠色油田的發(fā)展方向前進(jìn)。

變頻調(diào)速技術(shù)是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。其原理是電機(jī)轉(zhuǎn)速和工作電源輸入頻率成正比，即

其中，

n為轉(zhuǎn)速；

f為輸入頻率；

s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率；

p為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。

由式中的函數(shù)表達(dá)可以推測(cè)，變頻調(diào)速能夠通過(guò)轉(zhuǎn)變電動(dòng)機(jī)的電源頻率影響電機(jī)轉(zhuǎn)速，也能夠通過(guò)轉(zhuǎn)變定子供電頻率影響電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而影響電機(jī)輸出的功率。在調(diào)節(jié)的過(guò)程中，日常電機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定的轉(zhuǎn)速，因此可以通過(guò)改變頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的頻率，更好的改良電機(jī)的性能。流量在獲取信號(hào)之后，先傳遞PID調(diào)節(jié)器，再傳遞到變頻器，經(jīng)過(guò)變頻器的輸出信號(hào)在PID的面板之上顯示出來(lái)。對(duì)PID的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，達(dá)到利用信號(hào)來(lái)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。經(jīng)過(guò)閉環(huán)控制系統(tǒng)的回路時(shí)，進(jìn)行流量的調(diào)控。這個(gè)設(shè)計(jì)具有運(yùn)行平穩(wěn)、控制精度高和低能耗的特點(diǎn)。變頻調(diào)速技術(shù)利用轉(zhuǎn)變電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)去控制泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整油田采油需要的現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程參數(shù)，其和采用傳統(tǒng)采油設(shè)備中的閥門(mén)調(diào)整相比較，更好地改善了采油設(shè)備實(shí)際中的運(yùn)行工況，提高了設(shè)備操作的方便性。

4 變頻調(diào)速技術(shù)在三次采油中的意義

在三次采油的過(guò)程中結(jié)合變頻的調(diào)速技術(shù)，利用壓力流量測(cè)試技術(shù)與PIA的控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)量，降低成本，節(jié)能環(huán)保和延長(zhǎng)機(jī)器壽命的。通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)的改良，采油過(guò)程中不僅降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且減少了在三次采油過(guò)程中的繁瑣工作，提高了工作效率，增加了油田整體的采油效率，提高了油井的產(chǎn)量；變頻調(diào)速技術(shù)的采用使采用的機(jī)器設(shè)備工作過(guò)程中具有良好的連貫性和密封性，在增加機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)效率的同時(shí)，也更加的環(huán)保，減少了油田采油過(guò)程中造成的污染問(wèn)題，符合以后綠色油田發(fā)展的大方向；變頻技術(shù)使采油設(shè)備具有了軟啟動(dòng)和軟停止的功能，避免了啟動(dòng)電流大對(duì)設(shè)備本身的沖擊。更完整的機(jī)器功能，減少了機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中不必更換其中的零件，從而降低了采油設(shè)備損壞的幾率。更科學(xué)合理的設(shè)備整體設(shè)計(jì)，使采油設(shè)備性能更優(yōu)良，使用壽命更長(zhǎng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

三次采油對(duì)穩(wěn)定我國(guó)成熟油田的產(chǎn)量有著重要意義。變頻調(diào)速技術(shù)是三次采油中科技對(duì)設(shè)備的應(yīng)用升級(jí)，其有針對(duì)性地解決了傳統(tǒng)采油設(shè)備中存在的一些問(wèn)題，是三次采油工作取得良好的成績(jī)的重要因素之一。變頻調(diào)速技術(shù)在采油的過(guò)程中縮減了采油中一些工作過(guò)程，如消除了傳統(tǒng)注聚泵使用使更換泵塞的工作，不僅減少了工作量，而且也變相的增加了采油的環(huán)保性。變頻調(diào)速技術(shù)的在三次采油中的重要性，已經(jīng)被國(guó)內(nèi)大慶和勝利等大型油田所熟知，在今后的三次采油工作中將會(huì)被越來(lái)越多的采用。

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