變頻器在石油行業應用典型解決方案概述

• 2018年8月30日 YaoEnHua來源：工控家 740 44
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  2018-2023年中國低壓變頻器行業發展現狀分析及投資前景預測研究報告

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變頻調速技術是目前世界公認的電機節電技術之一，具有調速范圍寬、調速精度高、動態響應快、運行效率高、系統功率因數高、操作方便等一系列優點，也成為當今改造傳統工業、改善工藝流程、提高生產過程自動化水平、提高產品質量、推動技術進步的主要手段之一。在石油行業

變頻調速技術是目前世界公認的電機節電技術之一，具有調速范圍寬、調速精度高、動態響應快、運行效率高、系統功率因數高、操作方便等一系列優點，也成為當今改造傳統工業、改善工藝流程、提高生產過程自動化水平、提高產品質量、推動技術進步的主要手段之一。在石油行業中，變頻器廣泛應用于風機、注水泵、壓縮機、輸油泵、抽油機、潛油電泵和石油鉆機等。

1、游梁式抽油機

目前，在油田采用的抽油設備中，以游梁式抽油機最為普遍，數量也最多。

一方面，游梁式抽油機運動為反復上下提升，一個沖程提升一次，其動力來自電動機帶動的兩個重量相當大的鋼質滑塊，當滑塊提升時，類似杠桿作用，將采油機桿送入井中;滑塊下降時，采油桿提出帶油至井口。由于電動機轉速一定，滑塊下降過程中，負荷減輕，電動機拖動產生的能量無法被負載吸收。另一方面，游梁式抽油機引入兩個大質量的鋼質滑塊，導致抽油機的起動沖擊大等問題。

除上述兩方面問題外，油田采油的特殊地理環境決定了采油設備有其獨特的運行特點：在油井開采前期儲油量大，供液足，為提高功效可采用工頻運行，保證較高產油量;在中后期，由于石油儲量減少，易造成供液不足，電動機若仍工頻運行，勢必浪費電能，造成不必要損耗，這時須考慮實際工作情況，適當降低電動機轉速，減少沖程，有效提高充盈率。

目前，對游梁式抽油機的交流變頻調速技術改造主要有以下3個方面：

(1)以提高電網質量、減小對電網影響為目標的變頻改造。這主要集中在供電企業對電網質量要求較高的場合，為避免電網質量的下降，需引入變頻控制，其主要目的就是減小抽油機工作過程對電網的影響。

(2)以節能為目的變頻改造。這點較為普遍，一方面，油田抽油機為克服大的起動轉矩，采用的電動機遠遠大于實際所需功率，工作時電動機利用率一般為20%～30%，最高不會超過50%，電動機常處于輕載狀態，造成資源浪費。另一方面，抽油機工作情況的變化，取決于地底下的狀態，若電動機始終處于工頻運行，也會造成電能浪費。為了節能，提高電動機工作效率，需進行變頻改造。

(3)改變采油桿上行和下行的速度，在一些情況下可以提高生產效率。

在實際應用過程中出現了許多問題，主要集中在游梁式抽油機發電狀態產生能量的處理上。對于上述情況，采用普通變頻器加能耗制動單元和制動電阻可以實現，這是以消耗電能為代價的制動方式。對于上述情況，必須妥善處理電動機發電狀態產生的電能，將其反饋到電網或數臺抽油機變頻器構成直流母線式，使這部分能量能得到充分的利用。

2、潛油電泵

油田中應用較多的另一種采油設備是潛油電泵，它是井下工作的多級離心泵，同油管一起放入油井內，地面電源通過變壓器、控制器和潛油電泵專用電纜將電能輸送給井下潛油電泵電動機，把油井中的液體輸送到地面。

由于潛油電泵在地下兩千多米的井底工作，環境非常惡劣(高溫、強腐蝕等)，傳統供電方式工頻1140伏全壓，運行故障頻繁，維護成本高。一方面，潛油電泵在工頻啟動時，啟動電流大，電動機電纜壓降較大;線路分布參數的影響，使得啟動過程中反壓較高，容易損壞電纜和電機的絕緣性，影響使用壽命。潛油電泵損壞后提到地面上修理，僅工程費一項就達5萬元，價值10萬元的電纜平均提上放下5次就須更換，潛油電泵平均每10個月就須維修一次，維修費用約8萬元，成本較高。另一方面，潛油電泵在正常工作時，普遍存在著電動機負載率較低情況，“大馬拉小車”現象嚴重。負載率低導致電機功率因數較低。工頻工作時，始終在額定轉速下，如井下油量供不應求，容易造成“死井”，則損失慘重。為解決該問題，潛油電泵應能根據井下情況變化，調節抽油量。傳統調節方式是靠更換油嘴調節產量，既造成能量損失又不能精確控制，有時使得油泵長期額定轉速運行;有時使得油井出沙嚴重，設備壽命縮短，因而有必要引入交流變頻調速控制系統，調節油壓、調節產量。

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