变频器在油田中的应用
4 变频器在注水泵控制中的应用
油田开发过程中地层能量不断衰减，常用注水方式以保持地层能量，进行油田开发。一方面，注水压力的高低是决定油田合理开发和地面管线及设备的重要参数。考虑到后期开发注水井的增多，注水工艺设计和机电设备配置都比实际宽裕，加之地质情况的变化，开关井数的增减，洗井及供水不足的影响，经常引起注水压力的波动，注水量不均匀，不稳定。注水压力低，注水量满足不了油田开发的需要，必然会造成油层压力下降;注水压力过高，浪费动力，也造成超注，导致水淹，水窜;注水压力控制难度大，也给油田生产和管理带来诸多不便，因而要求油田注水压力恒定。另一方面，由于储油地层的压力及油气水分布不断在发生变化，其数值很难准确预测和控制，考虑到油田开发中的需要，在工艺和机电设备的配置上都按照油田最大可能的需求来设计，这一点在注水系统的设计当中显得尤为突出。油田注水设备多采用高压离心泵匹配高压电机，大功率系统运行常是“大马拉小车”，效率低下。注水压力靠泵出口闸门手动控制，即靠改变管网特性曲线来调节泵的排量，泵、电机匹配难以达到在泵的最佳工况点运行，管网效率低，电能损失高达50%以上。正是从恒压注水和节能的两个方面考虑，在油田注水系统中引入变频控制。
通过流体力学的基本定律可知:风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系:Q∝n，H∝n2，P∝n3;即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。通过上述分析可以知道，通过改变电动机转速可方便地改变水的流量，保证水压恒定;通过改变电动机转速，在降低水流量的同时，可有效降低系统的电能损耗。
通过变频改造的注水系统具有如下优点:
(1) 实现了电机软起动、自由停车。电机均通过变频器或软起动从0～50Hz作缓慢加速起动，可减少机泵因突然高速起动所带来的影响，减少了直接起动时起动电流对电网的冲击。
(2) 提高了功率因数，改善了电机电源质量，电机的功率与实际负荷相匹配，系统达到节能运行的目的。
(3) 消除了泵的喘振现象，使泵运行处于最佳工况状态。
(4) 实现了压力自动控制，被调节量得到更平稳的调节，增强了系统的稳定性和可靠性。
目前变频调速技术在注水系统中，主要应用在供水水源井电潜泵、注水站注水泵、配水间增压泵工艺中。应用变频调速技术，对注水设备的电机转速进行调节，达到稳压、稳流供注水。同时软起软停的功能代替了减压启动，使电机起停平稳，减少了对电网和机械设备的冲击，不会造成管网压力、流量、流速的剧烈变化，不需要阀门截流，因此对防止汽蚀、水击、喘振极为有利，可以延长管网、泵、阀门的维修周期和使用寿命。在注水泵变频改造中涉及的品牌比较多，进口品牌有ABB、AB、三菱、东芝、富士及西门子等，国产品牌有佳灵、安圣等，在这个领域的应用技术已经比较成熟。
5 变频器在油气集输控制中的应用
在油田生产中，与注水泵类似，输油泵的额定排量往往大于实际需要排量，现大马拉小车现象。一方面，如果完全采用阀门调节输油量，一旦油量变化较快，输油阀门调节频繁，增加了工作人员的劳动强度且所需人员也较多。若阀门调节不当，易造成被抽干或冒罐现象。泵出现干抽烧损，冒罐则造成原油白白浪费。另一方面，为保证输出油量的恒定，需要保证管压恒定，阀门的开度直接影响到管压，太大太小都不行。如果使用变频调速器，可以彻底解决这个问题。它通过减小电机电源频率实现降低电机转速。电机带动泵运行，电动机转速降低，对于柱塞泵来说，就是降低了柱塞的运行频率，减小了泵的实际排量;对于离心泵来说，降低了叶轮转速，同样降低了泵的排量。因此，当需要排量变化时，可以通过调节变频器的输出频率，达到控制排量的目的，保证管压恒定。泵的排量降低了，电动机的负荷也就随之减小，这样电机输出功率出随之减小，这样电机的效率可以有很大提高，电机损耗及电机输出功率得到有效减小，达到节能的目的。
6 总结
总之，变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术，其应用已经渗透到石油行业的各个技术部门。在游梁式抽油机控制和电潜泵控制中的应用还处于开始阶段，在应用中也出现了许多问题，这些都待于进步解决。只有充分考虑油田油井的实际情况，才能促进变频技术在采油设备中的应用。在油田注水和油气集输中的应用与生活中的恒压供水类似，其应用技术已经成熟，应用也十分普遍。变频调速技术在油田中的应用应该集中解决以下两个方面的问题:
(1) 解决变频器的控制问题。这个必须解决变频器如何适应多变的工作环境，对某一台抽油机控制的成功并不代表对所有油井都成功，因而必须提高变频器控制技术适应不同井况的能力。
(2) 解决变频控制成本较高的问题。与一般控制柜相比，变频控制的成本太高。无论上双PWM变频器还是电潜泵专用变频器，都面临着这个问题，因而必须提高相关产品的配套能力，在保证可靠性的前提下降低成本。
参考文献
[1] 王占奎. 变频调速应用百例[M]. 北京:科学技术出版社，2000.
[2] 俞伯炎等. 石油工业节能技术[M]. 北京:中国石油出版社，2000.
[3] 常玉连. 调速技术应用于油田注水泵的探讨[A]. 中国石油物资装备总公司编.1997年石油装备学术年会论文集[C]. 北京:石油工业出版社,1997.
[4] 朱益飞. 提高孤东油田抽油机井系统效率的探讨 [J]. 油田节能, 2000,(1).
[5] 胡景生. 电网经济运行节电技术综述[J]. 节能, 2000,(4).
[6] 刘维震,廖成锐等. 胜利油田注水泵的应用现状及发展[J]. 石油机械, 1999,(2).
[7] 李振智,唐周怀,龚兴云,汪金周,张素敏. 变频器在潜油电泵井上的应用[J]. 钻采工艺,2001,(3).
[8] 周家俊等. 电力电子技术及油田节能论文集[C]. 北京:人民交通出版社，1995.
[9] 丰国斌. 油田注水系统节能[J]. 石油规划设计, 1996,(2).
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