電動機變頻調速裝置技術參數的優化

姚智博（遼河油田公司質量節能管理部）

目前，大部分油田開發屬于中后期階段，油井供液變化大，受抽油設備單一性影響，需要定期改變抽油機工作參數，不僅現場操作復雜、頻繁，而且成本較高。使用電動機變頻調速裝置可以動態改變抽油機的沖速，根據抽油機井的產液量大小和沉沒度的高低優選抽汲參數[1]，有效解決了這一生產難題。

1 變頻調速裝置的主要特點

變頻調速裝置能夠實現電動機的無級調速，連續改變抽油機沖速，滿足油井各階段生產要求的同時節約了大量的電能；變頻調速裝置具有超強的制動功率，可以為抽油機電動機的再生能量提供安全可靠的制動能力；具有超寬的溫度適用范圍和野外防雨雪、防風砂能力，在野外-30～50 ℃的惡劣環境中能穩定運行；過載能力為額定電流的180%，能適應抽油機井況變化而引起電動機負載的突發變故[2]。

2 電動機合理運行頻率研究

油井的工況千差萬別，應根據抽油機的產液量大小和沉沒度的高低優選工作參數，動態調節抽油機電動機運行頻率，使抽油機井始終在合理的沉沒度下工作[3]。

從冷43 塊選取了同為45 kW 電動機的6 口抽油機井進行試驗，如油井參數有變化，隨時監測功圖和液面。

2.1 現場試驗選井

初期階段，根據6 口抽油機井的產液能力把電動機的運行頻率調到適合各井的運行范圍，6 口井的基礎數據，見表1、圖1。

5 d 為一試驗周期，根據運行頻率和抽油機井的各項基礎數據，同時依據試驗情況對比的數據，在原頻率上各井上下微調頻率，摸索最佳的生產參數，見表2。

根據6 口井的產液、沉沒度和耗電的變化，進行頻率調整，逐步摸索較為合理的生產參數。

2.2 現場試驗過程

從6 口井的產液變化情況分析，其中104-566井運行頻率從34.7 Hz 逐步提高至45 Hz，產液量也從22.63 t/d 逐步上升至26.15 t/d，每天增加了3.52 t產液量。從每個周期監測液面情況看，沉沒度穩定在900 m 左右，在調到45 Hz 時，產液量為26.15 t，微調增加運行頻率，但產量并無明顯增加。又把頻率下調至40 Hz，降低了5 Hz，沖速2.6 min-1，產液量由26.15 t/d 降至25.68 t/d，只減少了0.53 t，液量一直穩定在25 t/d，含水為91%。說明40 Hz 是本井的最佳運行參數。

其中88-554 井，第一周期產液量為6.2 t/d，運行頻率為45.2 Hz，沉沒度持續下降至120 m 左右，由于本井動液面持續下降，把運行頻率下調至35 Hz，沖速1.9 min-1，監測液面后，沉沒度穩定在120 m左右，產液量穩定在5 t/d 左右。本井雖然從6.2 t/d降至5 t/d，但動液面初期卻持續下降，后期下調頻率幅度達10 Hz，但產液量能夠穩定在5 t/d，認為本井是在最佳狀態下生產。

表1 試驗井的基礎數據

表2 6 口試驗井的頻率與產液量的對應情況

圖1 產液量對比柱狀圖

2.3 現場試驗結果

通過4 個周期的運行調整，6 口抽油機井運行頻率控制在35 Hz 至40 Hz 之間，各油井的動液面都可以在一段時間內維持在一定范圍內，保障了油井的連續穩產和抽油機井設備的穩定運行。冷43-104-566 井平均增油2.4 t/d， 冷43-98-662 井平增油1.35 t/d，2 口井增油效果明顯。冷43-98-564 井和冷43-86-560 井經過摸索，與試驗的最高運行頻率下調2 Hz 至5 Hz 產液量也能維持穩產，達到了節能效果。冷43-94-560 井和冷43-88-554 井由于沉沒度較低，運行頻率調整到35 Hz，保障了動液面的穩定，雖然產量還是穩產階段，但還需要持續跟蹤監測，動態控制生產參數。

3 運行頻率的調整對耗電量的影響

以前，抽油機井調整沖速是靠更換電動機皮帶輪的方式來調整，安裝變頻裝置后，沖速調整只需要調節電動機的轉速，就可收到較好的效果。在試驗的6 口抽油機井，其中104-556 井和98-662 井安裝有電度表，在調整這2 口井的頻率時，錄取了電度表的底數，并做了單井的噸液耗電對比，見圖2。

圖2 單井的噸液耗電對比

如圖2 所示，104-566 井第四周期頻率是40 Hz時，噸液耗電為9.34 kWh/t，與試驗最高峰時的噸液耗電10.32 kWh/t 降低了0.98 kWh/t。98-662 井第四周期頻率是42 Hz時，噸液耗電為29.87 kWh/t，與試驗最高峰時的噸液耗電31.02 kWh/t 降低了1.15 kWh/t。從節能效果看，2 口井第四周期運行的參數已在最佳的經濟狀態下運行。

4 抽油機泵效的前后對比

由于采用變頻技術的抽油機井，可以動態調整抽油機沖速，試驗的6 口抽油機井的沖速都控制在1.7～2.7 min-1范圍內。隨著沖速的降低，增加了油層液體向泵筒內流動的時間，泵筒充滿程度增加，提高了油井的泵效，增加了油井的產量。在試驗中，計算了不同周期的泵效，并做了對比，見圖3。

在4 個運行周期中，從最后確定的運行參數上看，6 口井中的5 口井泵效的效果都比較好，只是98-564 井泵效比較低，測試功圖上顯示泵固定閥微漏，影響了泵效。

圖3 試驗井泵效對比

5 認識

1）安裝了變頻調速裝置的抽油機井，可根據油井的供液情況，連續、任意調整抽油機的沖速，使現場對沖速調整簡單化，同時保障油井處于抽汲平衡，達到最佳工作狀態。

2）節電增油效果顯著，只要摸索出適合抽油機井的運行頻率，就能達到較好節電效果。從試驗的2 口井（104-556 和98-662）上看，平均降低了1 kWh/t。同時通過沖速的調整，改善了抽油泵的供液能力，提高了泵效，達到了增油的目的。

3）摸索適合的運行頻率，是一項長期、動態的采油生產管理的基礎工作，必須經過反復試驗，隨時掌握油井的各項運行參數，才能在不同階段摸索出抽油機井在最佳的經濟狀態、最優的運行參數下生產。

[1]王鳳山,朱君,王素玲,等.抽油機井桿柱振動載荷有限元分析[J].大慶石油地質與開發,2006,25(1):85-87.

[2]趙來軍,倪振文,余國安,等.抽油機偏偏控制技術[J].鉆采工藝,2002,22(6):61-63.

[3]陳東輝,周勝龍.抽油機變頻裝置合理沉沒度摸索試驗及增產節能效果分析[J].大慶石油地質與開發,2006,24:61-63.