智能化多功能調速裝置的應用與評價

閆靜（大慶油田有限責任公司第二采油廠）

隨著油田深入開發，油井供排關系不合理問題日趨嚴峻，為了最大限度地發掘機采井節能降耗的潛能，尋求企業效益最大化的管理途徑，采油廠部分供排關系不合理井應用了智能化多功能調速裝置。

1 抽油機井生產狀況

目前，正常生產的抽油機井的平均沉沒度為236.23m，其中參數偏大區468口井，參數偏小區366口井，占開井數的16.17%（表1）。

表1 供排失衡井生產情況統計

分析沉沒度小于100m和大于500m的834口抽油機井，其中運行參數沒有調整余地的210口，占25.18%，平均系統效率僅為20.7%。

就目前的抽油機舉升設備而言，僅僅依靠皮帶輪來調整沖速進而實現供排關系的平衡難度較大。

2 現有技術水平與措施

對于抽油機井而言，其常規的抽汲參數調整是通過沖程或沖速的改變來實現的[1]，但是由于受到抽油機本身硬件條件的約束，完全依靠沖程與皮帶輪的調整來改善供排關系難度較大，有時甚至無法實現。

生產中所遵循的長沖程、低沖速與適宜泵徑的做法，經實踐檢驗有益于抽油機井泵況管理的實際，原則上不主張隨意調整沖程。

2.1 利用管理手段調整抽吸參數

對于部分井而言，可以通過管理手段更換皮帶輪來調整沖速，但是隨著精細管理的逐步深入，能夠滿足上述條件的井越來越少。

2.2 利用現有的技術手段來實現沖速的調整

2.2.1 改變電動機的轉數

1）依靠變頻控制柜來改變電動機的電源頻率。借助于變頻器，利用改變電動機工作電源頻率的方法來改變電動機轉速；對電動機工作電流進行監測，通過控制實時調整電動機的輸出功率，進而達到調整抽油機沖速、合理匹配機采舉升能耗的目的。

應用變頻控制柜的優勢：速度調整范圍較大、操作方便；根據需要來調整電動機的輸出功率，進而達到舉升能耗的合理匹配。應用變頻控制柜的不足是設備維修難度大，低速運轉時電動機的噪聲大。

2）依靠雙速或多速電動機來改變抽油機的沖速。通過雙速或多速電動機在不同的速度下工作就可直接改變抽油機的沖速。目前在機采舉升中普遍應用的是雙速雙功率電動機。

應用雙速雙功率電動機的優勢是操作簡單、方便管理；由于匹配相對合理，具有較好的節能效果。應用雙速雙功率電動機的不足是設備一次性投入較大，沖速可調整的范圍相對較小。

2.2.2 依靠機械減速裝置來實現降參

若是僅考慮降低沖速，可以使用機械減速裝置。目前在油田常見的機械減速裝置（應用到抽油機井上）主要有3種：

1）過渡輪。依靠一組皮帶輪的傳動比來降低沖速。過渡輪的結構簡單、成本低廉，但其轉速調整范圍較小、使用壽命相對較短。

2）雙聯齒輪節能減速機。在電動機的前端增加一個齒輪減速箱，來達到降低電動機轉速的目的。雙聯齒輪節能減速機的結構緊湊，安裝方便，價格適中，但其電動機的散熱效果相對較差。

3）R系列減速機。R系列減速機為國內外普遍應用的一種常規系列減速機，具有維護方便、使用壽命長的優勢。

依靠機械減速裝置來實現降參的做法目前在國內油田已較為普遍，但其在喇、薩、杏油田的現場使用中暴露出了影響熱洗清蠟效果的問題。

綜上所述，從適當控制機采節能成本的角度出發，確定使用智能化多功能調速裝置，來達到調整部分抽油機井供排關系與合理控制其舉升能耗的目的。

3 智能化多功能調速裝置

智能化多功能調速裝置（圖1），實質為抽油機井專用的智能調速節能控制箱，其核心部件為矢量變頻器。

3.1 裝置的工作原理

該裝置通過電流互感器實時監測電動機負載的變化情況，并將檢測到的信息及時反饋到控制中心（相當于單片機），來間接判斷抽油泵的工況，由事先植入的運動控制程序（或設定的參數）依據反饋信息對矢量變頻器發出頻率、電壓變化指令，以達到調整沖速和輸出功率，確保抽油泵在較佳工況下運行，合理控制能耗的目的。

圖1 抽油機多功能調速裝置

依據矢量變頻器的工作特性，即：與工頻相比其頻率降低時輸出為恒定扭矩，頻率升高時為恒功率。依據能量守恒原理不難看出，智能化多功能調速裝置節能的實質為降低沖速運行，若將沖速上調（該裝置具備該功能）則能耗增加。

3.2 裝置特性

1）可實現常規Y系列電動機的軟啟、軟停。

2）在降低沖速條件下運行時，可達到電動機負載與抽油機負載間的盡量匹配，減少了能源浪費，具有一定的節能效果。

3）通過電流互感器實時監測電動機負載的變化情況，動態調整抽油機的工作沖速，從而確保抽油泵在較佳工況下運行。

4）依據抽油機井的實際設定控制中心的工作參數（現場錄入），適用范圍相對較廣。

5）借助于上、下死點的位置傳感器，可以選擇控制變頻調速，實現上、下沖程中的沖速不同。

6）保留了過、欠載，短路，缺項及自啟等基本的控制功能。

3.3 應用情況

統計結果顯示，目前累計應用智能化多功能調速裝置346臺，平均單井有功節電率為8.7%，累計節電120.37×104kWh，見表2。

表2 智能化多功能調速裝置的節能效果統計

4 結論

1）在實際生產過程中，針對抽油機供排關系不合理問題，建議先以管理手段進行調整。

2）抽油機供排關系調整的最終目標是抽油機井合理節能運行，產量也能達到最大化。

3）智能化多功能調速裝置可實現不停機人工連續調沖速，滿足各種產量油井的供排協調需求，達到節能、方便生產的目的。

[1]陳濤平,胡靖邦.石油工程[M].北京:石油工業出版社,2007(1):286-291.