螺桿泵井變頻調速裝置在油田的應用效果

童安倫（中油吉林化建工程有限公司）

螺桿泵井變頻調速裝置在油田的應用效果

童安倫（中油吉林化建工程有限公司）

隨著油田的開發，石油開采成本越來越高，其中電能消耗比重很大，為了節約能源、減少消耗，許多節能降技術在油田應用。其中螺桿泵井應用變頻控制裝置是改進抽油機系統的一個重要措施。為評價應用變頻控制裝置的節能效果，在現場進行變頻前、后期對比試驗，經實際測試，與普通螺桿泵井相比，平均提高有功節電率8.08%、無功節電率48.29%、綜合節電率10.11%，平均每臺設備年節電7 550.4 kWh，節能潛力巨大。

螺桿泵井；節能技術；變頻控制

隨著石油的逐年開采，許多區塊采出液已經是高含水，導致油田開采成本提高。因此提高能源利用效率，切實降低能源消耗變得十分迫切[1]。而螺桿泵井在油田應用數量多，是石油開采的重要耗能設備之一，本文對螺桿泵井應用變頻控制裝置的前期和后期進行了監測和分析。

1 螺桿泵井的工作特性

螺桿泵井作為無桿采油設備，十九世紀八十年代開始在國內油田應用。其在陸上油田以及海上采油平臺中具有獨特的優勢，適合高含沙、高含氣等情況[1]。螺桿泵井避免了抽油機井的抽油桿脫落以及光桿偏磨等問題，而且具有泵效高等優點，已成為非常有潛力的采油設備。現有螺桿泵的驅動方式多為電動機加減速驅動裝置，具有不利于維護、使用壽命短等缺點[2-3]。

螺桿泵采油工作時，由動力設備帶動驅動頭、抽油桿柱旋轉，螺桿泵轉子也跟著轉動，通過螺桿泵下部吸入地層采液，經上端排出，實現增壓目的，采液沿油管柱流動。螺桿泵采油方法簡單實用，現場使用時井下無需裝泄油裝置。抽油桿柱下入、起出的時候，螺桿泵轉子也隨著運動，螺桿泵轉子如與定子脫離，油套管之間便連通，可以起到泄油的作用。在現場生產過程中也可測量動液面，采油成本較低，是油田常用的采油方法[4]。

螺桿泵井工作過程中，可能會出現油井參數不明確、排量變化快等情況，這時需要調整螺桿泵的揚程等參數。而且隨著油田的開采，動液面下降，供液與產出不平衡，出現“低負荷”現象，造成系統效率低，造成能源損耗[5-6]。在這種情況下，現場采取了很多技術措施，其中最常用的是螺桿泵井應用變頻控制裝置，調整排量、揚程，避免載荷過低現象，提高節電率。

2 變頻控制裝置的工作特性

螺桿泵變頻控制裝置包括螺桿泵、傳感器、數據采集器、調節器、變頻器、主控電路、輔助電路等組成。其工作原理如圖1所示。

圖1 螺桿泵變頻自動控制原理

螺桿泵變頻技術關鍵參數：軟停時間、扭矩值、轉速等。通過使用變頻控制裝置能耗，實現節能目的。其降低能耗措施如下：

1）改變電源頻率，調節電動機轉速，以滿足實際工作需要。

2）改變電動機輸入端電壓，使工作電壓范圍合理。

3）采用軟啟功能，提高設備使用壽命。

4）提高功率因數，降低無功損耗。

某螺桿泵井分別在工況下的工頻啟動與使用變頻控制裝置后的啟動電流對比如圖2，其動液面為200 m（其他工況類似）。

表1 螺桿泵井應用變頻裝置測試效果

圖2 啟動電流對比

由圖3可知螺桿泵井工頻啟動初期電流較大，電流最大值約為平時6至7倍，電流過高容易燒壞設備，而應用變頻控制裝置后啟動電流減小，稱之為軟啟，軟啟減少了對設備的損害，對設備起到保護作用，延長了設備使用壽命，降低了設備維修、更換費用。

3 螺桿泵井變頻控制裝置現場應用效果

為了分析螺桿泵井應用變頻控制裝置后的現場效果，對某采油廠6口螺桿泵井分別安裝了型號為SPF37kW的變頻控制裝置，采用測試儀器為型號3169精確度±1.0%的電力分析儀，測試標準為SY/T 6422—2016《石油企業用節能產品節能效果測定》。測試節能效果如表1。

由表1可以看出，安裝前平均功率因數為0.492，安裝后平均功率因數為0.708。變頻控制裝置后安裝后有功單耗、無功單耗均有下降。平均有功節電率8.08%；平均無功節電率48.29%；平均綜合節電率10.11%。螺桿泵井應用變頻控制裝置后，有功節電率、無功節電率、綜合節電率均得到提高。按每年工作330個工作日計算，螺桿泵井應用變頻控制裝置后，平均每臺設備年節電7 550.4 kWh，降低能耗效果明顯。

4 結論

通過理論與實踐，對現場螺桿泵井安裝變頻控制裝置應用效果分析，得到以下結論：

1）變頻控制裝置操作方便、使用安全，維護費用少，具有一定的節能優勢。

2）具有軟起功能，延長設備使用壽命，降低了設備維修、更換費用。

3）提高功率因數，降低無功損耗。

4）有功節電率、無功節電率、綜合節電率均有提高，節電效果明顯。

[1]楊榮光，楊富輝.油田抽油機節能方式綜述及其解決方案[J].科技創新導報，2014，6（18）：38.

[2]A.Trzynadlowski.Review and Comparative Study of Control Techniques for Three-phase PWM Rectifiers[J].Mathematics and Computers in Simulation，2003（6）：349-361．

[3]萬邦烈.蘇聯電動潛油單螺桿泵的發展和應用[J].世界石油科學，1988（3）：89-96.

[4]張連山.螺桿泵采油系統技術發展現狀與動向研究[J].石油機械，1994，22（1）：46-50.

[5]張連山，趙謫斗.地面驅動單螺桿泵使用中出現的問題及失效形式[J].石油機械，1992，20（4）：34-37.

[6]張建偉.井下采油單螺桿泵的現狀及發展[J].石油機械，2000，28（8）：56-58.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.05.011

2017-03-28

（編輯 莊景春）

童安倫，2011年畢業于長春理工大學（電氣工程及其自動化專業），從事電氣技術管理及工程造價方面工作，E-mail：jcctonganlun@cnpc.com.cn，地址：吉林省吉林市龍潭區遵義東路31號中油吉林化建工程有限公司，132021。