頻率調(diào)整在電泵運(yùn)行中的應(yīng)用

鞏永良 趙鈺峰 郝紅勛 張治海 安俊橋

一、變頻器與潛油電泵

變頻器是一種輸出頻率可調(diào)的電氣設(shè)備，按種類大體上分兩種。一種是交交變頻，另一種是交直交變頻。交直交變頻的調(diào)節(jié)范圍寬控制性能好，目前在交流調(diào)速領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。潛油電泵是由潛油電機(jī)驅(qū)動的，可以通過變頻器改變潛油電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足不用的生產(chǎn)要求。

電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：

從上式可以看出，電機(jī)轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，調(diào)整電機(jī)頻率f，可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速n，進(jìn)而調(diào)整離心泵的排量和揚(yáng)程。

二、 頻率與電泵參數(shù)的關(guān)系：

⑴離心泵排量與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比：

⑵離心泵揚(yáng)程與電機(jī)轉(zhuǎn)速平方成正比：

⑶離心泵功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速立方成正比：

三、調(diào)節(jié)頻率的作用

1、產(chǎn)量調(diào)整

根據(jù)頻率與電潛泵排量的關(guān)系，可通過調(diào)節(jié)頻率改變油井產(chǎn)量;一般井底供液充足時(shí)，為保持油井穩(wěn)產(chǎn)，電泵基本保持中頻工作，保持在40-50Hz，也會根據(jù)提產(chǎn)降產(chǎn)的需求調(diào)整頻率。潛油電泵的參數(shù)調(diào)整，相對于其他機(jī)械采油方式較為簡單，一般是根據(jù)油田的實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)參，如防止油層出砂需保持一定的生產(chǎn)壓差，則需要控制生產(chǎn)頻率和油嘴。

電潛泵可用定頻或變頻控制柜控制。定頻控制的電泵井，調(diào)參僅對油嘴進(jìn)行調(diào)節(jié);變頻控制的電泵井，不僅可以調(diào)節(jié)油嘴，也可以調(diào)整頻率。

2、電泵井欠載問題

在生產(chǎn)實(shí)際中，由于油井的供液能力存在差異，電泵井的動液面和沉沒度會隨著地層供液能力上下波動，當(dāng)動液面保持較高的時(shí)候，電潛泵需要舉升的高度較低;當(dāng)動液面下降較低的時(shí)候，電潛泵需要舉升的高度較高;當(dāng)動液面高于電潛泵揚(yáng)程時(shí)，電潛泵則無法將井液舉升到井口，變頻器就會出現(xiàn)欠載停機(jī)保護(hù)的現(xiàn)象。

部分油井由于井底壓力下降，動液面隨之下降，就需要更大的揚(yáng)程，故之前所設(shè)定的頻率已不能滿足生產(chǎn);另一方面，在處理欠載停機(jī)現(xiàn)象時(shí)，通常采取降低頻率的方法，降低產(chǎn)液量，保證地層恢復(fù)供液，但是液面下降到臨界點(diǎn)（動液面與電泵設(shè)定頻率下的揚(yáng)程相同）以下的時(shí)候，就會出現(xiàn)電泵揚(yáng)程不夠，運(yùn)行電流下降，最終導(dǎo)致欠載停機(jī)。

例如：電泵井1，該井泵掛深度為1490m，頻率為50Hz時(shí)，揚(yáng)程為1300m，井下壓力為5.83Mpa，套壓為1.0Mpa;

折算沉沒度573m，動液面深度=泵掛深度-沉沒度=1490m-573m=917m，也就說泵的揚(yáng)程最小需要達(dá)到917m。

電泵運(yùn)行最佳頻率需大于43Hz，油井才能正常生產(chǎn)。

3、驗(yàn)證電泵電機(jī)功率是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)

正常情況下，電機(jī)的功率是在頻率50Hz的情況下計(jì)算出來的，在變頻器沒有故障的情況下，電源輸出的電流電壓基本保持不變，但在變頻器內(nèi)主板和采樣板出現(xiàn)故障時(shí)，輸出電流電壓會改變，導(dǎo)致電機(jī)功率過不到額定值。

電泵井2，生產(chǎn)不正常，通過多次調(diào)頻發(fā)現(xiàn)，上調(diào)頻率時(shí)電流也隨之上升，但幅度不大，可油井的產(chǎn)量未見增加，多次檢查發(fā)現(xiàn)該井在調(diào)頻時(shí)電流上升，但電壓基本不變，說明頻率調(diào)高而電機(jī)的做功基本沒變，頻率50Hz時(shí)的電機(jī)額定功率為31KW，根據(jù)公式：

可得頻率在55Hz時(shí)電機(jī)功率為：

但在現(xiàn)場測試時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)頻率為55Hz時(shí)，電流為33A，電壓787V，通過公式：

P=UI=1.73×33×787×0.66=29.6KW

明顯可以發(fā)現(xiàn)，該泵電機(jī)實(shí)際做功與理論功率不符，頻率達(dá)到了，但電泵做功未達(dá)到要求，通過電氣專業(yè)人員的分析檢查，發(fā)現(xiàn)變頻器主板有一部件出現(xiàn)故障，更換后油井生產(chǎn)正常，日產(chǎn)液量達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)，解決了生產(chǎn)中的一大問題。

4、判斷油井不出油的原因

油井不出油的原因很多，通過頻率的調(diào)整可以發(fā)現(xiàn)油井不出油有以下幾種情況，分別如下：

（1）泵入口堵塞：

潛油電泵采出過程中因地質(zhì)條件狀況，如井中巖石中的碳酸鹽、硅酸鹽隨井液一起被泵抽出，在潛油泵中由于葉輪的旋轉(zhuǎn)使分子間碰撞機(jī)會增多，形成結(jié)垢層附著在流道表面上。原油高含蠟質(zhì)、膠質(zhì)的油井，隨著生產(chǎn)過程的延長，膠質(zhì)物或蠟迅速附著在潛油泵流道表面等原因，導(dǎo)致泵在生產(chǎn)一段時(shí)間后發(fā)生泵入口堵塞。

發(fā)生這種情況可通過調(diào)頻來驗(yàn)證：將電機(jī)頻率上調(diào)5-10Hz，觀察電流的變化，此時(shí)會發(fā)現(xiàn)電流不變或小幅下降。關(guān)閉井口生產(chǎn)閥門憋壓，會發(fā)現(xiàn)油壓不升高;再將電機(jī)頻率下調(diào)5-10Hz，電流仍然不變或小幅下降，井口油壓不升。如有此種現(xiàn)象，可初步判定為泵入口堵塞，解決的辦法只有將機(jī)組從井下起出，再運(yùn)至檢修廠進(jìn)行檢泵。

（2）氣體影響：

如有過多的氣體進(jìn)入電動潛油泵會造成氣鎖，使氣體充滿整個泵腔內(nèi)，而導(dǎo)致油無法流入泵腔內(nèi)，致使油井不出油或出油不正常，泵的效率嚴(yán)重降低，此故障也可通過調(diào)整頻率來判斷。將油井頻率調(diào)高5Hz，觀察油井運(yùn)行電流及電壓的變化，如果電壓上升，電流下降或不變，井口出油聲音變化不大，井口憋壓壓力上升緩慢;將頻率下調(diào)5Hz，觀察發(fā)現(xiàn)電壓下降，電流不變或小幅下降。如有此現(xiàn)象說明該井受氣體影響嚴(yán)重或泵被氣鎖，需要釋放套管中的氣體降低套壓，從而解決此問題，如問題未能解決，則需要在井下安裝作業(yè)的時(shí)候，使用特殊的油氣分離器。

（3）泵軸斷：

泵軸斷后，電機(jī)不再帶動泵運(yùn)轉(zhuǎn)，泵也無法舉升井液繼續(xù)做功，機(jī)組的運(yùn)行電流大約等于電機(jī)的空載電流，出現(xiàn)此情況后，運(yùn)行電流會降低很多，同時(shí)油井出現(xiàn)欠載停機(jī)，降低欠載保護(hù)值，重新啟動機(jī)組，調(diào)整頻率，機(jī)組的運(yùn)行電流都不會出現(xiàn)較大的變化，并且調(diào)整相序，電流也不會發(fā)生大的變化，如出現(xiàn)此現(xiàn)象，可初步斷定為泵軸斷，具體情況需要檢泵作業(yè)，起出機(jī)組進(jìn)行進(jìn)一步判定。

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