變頻器在石油行業(yè)應(yīng)用典型解決方案概述

• 2018年8月30日 YaoEnHua來(lái)源：工控家 740 44
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  2018-2023年中國(guó)低壓變頻器行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析及投資前景預(yù)測(cè)研究報(bào)告

  產(chǎn)品定義電壓等級(jí)低于690V的可調(diào)輸出頻率交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，就歸類為低壓變頻器。在過(guò)去兩年，我國(guó)低壓變頻器市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度都超過(guò)15%，遠(yuǎn)超過(guò)同期的GDP增速，主要原因在于市場(chǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域在不3...

變頻調(diào)速技術(shù)是目前世界公認(rèn)的電機(jī)節(jié)電技術(shù)之一，具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行效率高、系統(tǒng)功率因數(shù)高、操作方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，也成為當(dāng)今改造傳統(tǒng)工業(yè)、改善工藝流程、提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的主要手段之一。在石油行業(yè)

變頻調(diào)速技術(shù)是目前世界公認(rèn)的電機(jī)節(jié)電技術(shù)之一，具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行效率高、系統(tǒng)功率因數(shù)高、操作方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，也成為當(dāng)今改造傳統(tǒng)工業(yè)、改善工藝流程、提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的主要手段之一。在石油行業(yè)中，變頻器廣泛應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、注水泵、壓縮機(jī)、輸油泵、抽油機(jī)、潛油電泵和石油鉆機(jī)等。

1、游梁式抽油機(jī)

目前，在油田采用的抽油設(shè)備中，以游梁式抽油機(jī)最為普遍，數(shù)量也最多。

一方面，游梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)為反復(fù)上下提升，一個(gè)沖程提升一次，其動(dòng)力來(lái)自電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的兩個(gè)重量相當(dāng)大的鋼質(zhì)滑塊，當(dāng)滑塊提升時(shí)，類似杠桿作用，將采油機(jī)桿送入井中;滑塊下降時(shí)，采油桿提出帶油至井口。由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定，滑塊下降過(guò)程中，負(fù)荷減輕，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)產(chǎn)生的能量無(wú)法被負(fù)載吸收。另一方面，游梁式抽油機(jī)引入兩個(gè)大質(zhì)量的鋼質(zhì)滑塊，導(dǎo)致抽油機(jī)的起動(dòng)沖擊大等問(wèn)題。

除上述兩方面問(wèn)題外，油田采油的特殊地理環(huán)境決定了采油設(shè)備有其獨(dú)特的運(yùn)行特點(diǎn)：在油井開(kāi)采前期儲(chǔ)油量大，供液足，為提高功效可采用工頻運(yùn)行，保證較高產(chǎn)油量;在中后期，由于石油儲(chǔ)量減少，易造成供液不足，電動(dòng)機(jī)若仍工頻運(yùn)行，勢(shì)必浪費(fèi)電能，造成不必要損耗，這時(shí)須考慮實(shí)際工作情況，適當(dāng)降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少?zèng)_程，有效提高充盈率。

目前，對(duì)游梁式抽油機(jī)的交流變頻調(diào)速技術(shù)改造主要有以下3個(gè)方面：

(1)以提高電網(wǎng)質(zhì)量、減小對(duì)電網(wǎng)影響為目標(biāo)的變頻改造。這主要集中在供電企業(yè)對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合，為避免電網(wǎng)質(zhì)量的下降，需引入變頻控制，其主要目的就是減小抽油機(jī)工作過(guò)程對(duì)電網(wǎng)的影響。

(2)以節(jié)能為目的變頻改造。這點(diǎn)較為普遍，一方面，油田抽油機(jī)為克服大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，采用的電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際所需功率，工作時(shí)電動(dòng)機(jī)利用率一般為20%～30%，最高不會(huì)超過(guò)50%，電動(dòng)機(jī)常處于輕載狀態(tài)，造成資源浪費(fèi)。另一方面，抽油機(jī)工作情況的變化，取決于地底下的狀態(tài)，若電動(dòng)機(jī)始終處于工頻運(yùn)行，也會(huì)造成電能浪費(fèi)。為了節(jié)能，提高電動(dòng)機(jī)工作效率，需進(jìn)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(chǎn)效率。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)了許多問(wèn)題，主要集中在游梁式抽油機(jī)發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生能量的處理上。對(duì)于上述情況，采用普通變頻器加能耗制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻可以實(shí)現(xiàn)，這是以消耗電能為代價(jià)的制動(dòng)方式。對(duì)于上述情況，必須妥善處理電動(dòng)機(jī)發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的電能，將其反饋到電網(wǎng)或數(shù)臺(tái)抽油機(jī)變頻器構(gòu)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(yīng)用較多的另一種采油設(shè)備是潛油電泵，它是井下工作的多級(jí)離心泵，同油管一起放入油井內(nèi)，地面電源通過(guò)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(dòng)機(jī)，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(huán)境非常惡劣(高溫、強(qiáng)腐蝕等)，傳統(tǒng)供電方式工頻1140伏全壓，運(yùn)行故障頻繁，維護(hù)成本高。一方面，潛油電泵在工頻啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流大，電動(dòng)機(jī)電纜壓降較大;線路分布參數(shù)的影響，使得啟動(dòng)過(guò)程中反壓較高，容易損壞電纜和電機(jī)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(fèi)一項(xiàng)就達(dá)5萬(wàn)元，價(jià)值10萬(wàn)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(gè)月就須維修一次，維修費(fèi)用約8萬(wàn)元，成本較高。另一方面，潛油電泵在正常工作時(shí)，普遍存在著電動(dòng)機(jī)負(fù)載率較低情況，“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴(yán)重。負(fù)載率低導(dǎo)致電機(jī)功率因數(shù)較低。工頻工作時(shí)，始終在額定轉(zhuǎn)速下，如井下油量供不應(yīng)求，容易造成“死井”，則損失慘重。為解決該問(wèn)題，潛油電泵應(yīng)能根據(jù)井下情況變化，調(diào)節(jié)抽油量。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式是靠更換油嘴調(diào)節(jié)產(chǎn)量，既造成能量損失又不能精確控制，有時(shí)使得油泵長(zhǎng)期額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行;有時(shí)使得油井出沙嚴(yán)重，設(shè)備壽命縮短，因而有必要引入交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)油壓、調(diào)節(jié)產(chǎn)量。

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