臺(tái)億變頻器在油田上的應(yīng)用

　　油田作為一個(gè)特殊行業(yè)，有其獨(dú)特的背景，油田中變頻器的應(yīng)用主要集中在：游梁式抽油機(jī)控制（俗稱“磕頭機(jī)”）、電潛泵控制、注水井控制和油氣集輸控制等幾個(gè)場(chǎng)合。本文主要介紹臺(tái)億變頻器在游梁式抽油機(jī)上的應(yīng)用。

　　 一、磕頭機(jī)的工作原理

　　目前，在油田抽油設(shè)備中，以游梁式磕頭抽油機(jī)應(yīng)用最為普遍，數(shù)量也最多，但是，傳統(tǒng)的磕頭機(jī)普遍存在著啟動(dòng)沖擊大，運(yùn)行耗電多，大馬拉小車、效率低下等諸多問(wèn)題，加之油井情況復(fù)雜，稠油、結(jié)蠟、沙卡現(xiàn)象較多，斷桿、燒電機(jī)等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，對(duì)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有可靠的保護(hù)功能，設(shè)備維修量大，為此，急需對(duì)現(xiàn)有的抽油機(jī)設(shè)備進(jìn)行改造。

　　 當(dāng)磕頭機(jī)工作時(shí)，驢頭懸點(diǎn)上作用的載荷是變化的。上沖程時(shí)，驢頭懸點(diǎn)需提起抽油桿柱和液柱，在抽油機(jī)未進(jìn)行平衡的條件下，電動(dòng)機(jī)就要付出很大的能量。在下沖程時(shí)，抽油機(jī)桿柱轉(zhuǎn)而對(duì)電動(dòng)機(jī)做功，使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。抽油機(jī)未進(jìn)行平衡時(shí)，上、下沖程的載荷極度不均勻，這樣將嚴(yán)重地影響抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)、減速箱和電動(dòng)機(jī)的效率和壽命，惡化抽油桿的工作條件，增加它的斷裂次數(shù)。為了消除這些缺點(diǎn)，一般在抽油機(jī)的游梁尾部或曲柄上或兩處都加上了平衡重，如圖1所示。這樣一來(lái)，在懸點(diǎn)下沖程時(shí)，要把平衡重從低處抬到高處，增加平衡重的位能。為了抬高平衡配重，除了依靠抽油桿柱下落所釋放的位能外，還要電動(dòng)機(jī)付出部分能量。在上沖程時(shí)，平衡重由高處下落，把下沖程時(shí)儲(chǔ)存的位能釋放出來(lái)，幫助電動(dòng)機(jī)提升抽油桿和液柱，減少了電動(dòng)機(jī)在上沖程時(shí)所需給出的能量。目前使用較多的游梁式抽油機(jī)，都采用了加平衡配重的工作方式，因此在抽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和兩個(gè)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)平衡配重調(diào)節(jié)較好時(shí)，其發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)間和產(chǎn)生的能量都較小。

[$page]　　二、游梁式抽油機(jī)的變頻改造主要有以下3個(gè)方面

　　(1)大大提高了功率因數(shù)（可由原來(lái)的0.25～0.5提高到0.9以上），大大減小了供電電流，從而減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān)，降低了線損，可省去大量的“增容”開支.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。在前期井中，由于剛開采，儲(chǔ)油量大，使用變頻器運(yùn)行至65HZ，頻率提高了1/3，相應(yīng)地電機(jī)轉(zhuǎn)速提高了30%，其采用油量也相應(yīng)提高，其綜合采油率可比工頻情況下多采油20%，工效提高了1.2倍，很受油田采油工的歡迎。

　　(2)以節(jié)能為第一目標(biāo)的變頻改造。這點(diǎn)較普遍，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)工作情況的連續(xù)變化，取決于地底下的狀態(tài)，若始終處于工頻運(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。在中、后期井中，由于井儲(chǔ)量減少，電機(jī)若仍工頻行，勢(shì)必浪費(fèi)電能，造成不必要的損耗，因而我們采用降低轉(zhuǎn)速的方式，減少?zèng)_程，一般將變頻器的頻率運(yùn)行至35-40HZ之間，這樣電機(jī)轉(zhuǎn)速下降了30%，加之采油設(shè)備一般負(fù)荷較輕，節(jié)電率可達(dá)25%左右，而且提高了功率因數(shù)，減少了無(wú)功損耗。

　　(3)變頻器具有軟啟/軟停功能，在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，減少了對(duì)抽油桿的機(jī)械沖擊，對(duì)稠油、結(jié)蠟、沙卡、等都能效地進(jìn)行保護(hù)停機(jī)，以保護(hù)電機(jī)及機(jī)械設(shè)備，減少維修量，防止斷桿，變頻器對(duì)過(guò)壓、欠壓，過(guò)載、短路及電機(jī)失速都能可靠地保護(hù)，對(duì)延長(zhǎng)電機(jī)的壽命，減少機(jī)械設(shè)備的磨損等，都具有很好的作用。

　　由于實(shí)現(xiàn)了真正的“軟起動(dòng)”，對(duì)電動(dòng)機(jī)、變速箱、抽油機(jī)都避免了過(guò)大的機(jī)械沖擊，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減少了停產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。以提高電網(wǎng)質(zhì)量和節(jié)能為目的的變頻改造。這種情況綜合了上面兩種改造的優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用中的一個(gè)重要發(fā)展方向。 

　　三、抽油機(jī)的技術(shù)發(fā)展

　　第一代：最先的抽油機(jī)主馬達(dá)主要是采用三相異步電機(jī)啟動(dòng)，三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行缺點(diǎn)就是沒(méi)有調(diào)速功能，只能保持一個(gè)恒速，嚴(yán)重影響產(chǎn)油量。這種不帶保護(hù)的抽油機(jī)電機(jī)控制方式已經(jīng)退出了歷史舞臺(tái)。

　　第二代：由于直流電動(dòng)機(jī)的面世，也加快了直流電機(jī)在抽油機(jī)上的應(yīng)用，從而替代了異步電機(jī)的使用。采用直流調(diào)速的方法明顯的優(yōu)勝三相異步電機(jī)，產(chǎn)油量也高了許多；但直流電動(dòng)機(jī)成本比較高，其調(diào)速性能也不是很理想。

　　第三代：采用變級(jí)電機(jī)調(diào)速，就是改變電機(jī)極對(duì)數(shù)來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的，常采用4／8／32極多速電機(jī)實(shí)現(xiàn)。但其裝置比較復(fù)雜，占用空間也比較大，設(shè)備壽命短，穩(wěn)定性不太好。

　　第四代：變頻調(diào)速技術(shù)，由于變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)能及提高產(chǎn)品效益質(zhì)量的有效措施，油田中變頻器應(yīng)用在游梁式抽油機(jī)已經(jīng)非常廣泛。由于油井的類型和工況千差萬(wàn)別，井下滲油和滲水量每時(shí)每刻都在變．抽油機(jī)的負(fù)載變化是無(wú)規(guī)律的，故采用變頻調(diào)速技術(shù)，使抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律適應(yīng)油井的變化工況，實(shí)現(xiàn)抽油系統(tǒng)效率的提高，達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)的目的。下面鐘對(duì)變頻器在油田嗑頭機(jī)中的應(yīng)用，例出幾個(gè)應(yīng)用方案做簡(jiǎn)要論述。