提要：本文主要介紹變頻器在油田的重要生產(chǎn)設(shè)備之一－游梁式抽油機節(jié)能改造的應(yīng)用，通過分析設(shè)備和工藝對節(jié)能和提高工藝水平做了說明，并對改造方案和應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題做了簡單介紹。
前言:
我國的油田多為低滲透的低能、低產(chǎn)油田，不像中東的油田那樣具有很強的自噴能力，大部分油田要靠注水壓油入井，再靠抽油機把油從地層中提升上來。以水換油、以電換油是我國油田的現(xiàn)實，電費在我國的石油開采成本中占了很大比例。因此，石油行業(yè)十分重視節(jié)約電能。
在我國的石油開采中，機械采油井占絕大多數(shù)，其中有桿采油（有桿抽油井）占總機械采油的90%以上。全國產(chǎn)油量70%以上靠有桿抽油機來完成。其能耗已占油田能耗的三分之一。全國每年耗電約四十二億人民幣。由于各油田每年要有幾千口新井投入生產(chǎn)， 連同原有設(shè)備更新，每年要新增幾千臺抽油機。抽油機在我國石油開采有重要的地位。
目前，在油田采用的抽油設(shè)備中，以游梁式抽油機最為普遍，數(shù)量也最多。2003年，勝利油田某采油廠采用變頻器對抽油機實施改造油井泵效率顯著提高，日均增油2噸，節(jié)電率達到30％以上，下面簡單介紹節(jié)能改造的原理和操作方案。
游梁式抽油機工作原理
它的動作原理是由交流電動機恒速運轉(zhuǎn)拖動抽油泵，沿著重力作用方向進行往復運動，從而把原油從數(shù)百至數(shù)千米的井下抽到地面。分析其負載特性可知其慣量較大，而不同的油井的粘度大小又很不同，當油的粘度較大時，泵的效率也變低，往往啟動也很困難。該負載又是周期負載，上升、下降行程負載性質(zhì)亦不同，下降時尚帶有位勢負載性質(zhì)。為適應(yīng)這些復雜的工況，抽油機的配置及其實際工作狀態(tài)往往只能是大馬拉小車。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(zhì)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(zhuǎn)速一定，滑塊下降過程中，負荷減輕，電動機拖動產(chǎn)生的能量無法被負載吸引，勢必會尋找能量消耗的渠道，導致電動機進入再生發(fā)電狀態(tài)，將多余能量反饋到電網(wǎng)，引起主回路母線電壓升高，勢必會對整個電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，導致電網(wǎng)供電質(zhì)量下降，功率因數(shù)降低的危險；頻繁的高壓沖擊會損壞電動機，造成生產(chǎn)效率降低、維護量加大，極不利于抽油設(shè)備的節(jié)能降耗，給企業(yè)造成較大經(jīng)濟損失。游梁式抽油機引入兩個大質(zhì)量的鋼質(zhì)滑塊，導致抽油機的起動沖擊大等諸多問題。
除上述兩方面問題外，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(chǎn)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(zhuǎn)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(diào)速技術(shù)改造主要有以下兩個方面的優(yōu)點：
(1)提高電網(wǎng)質(zhì)量，減小對電網(wǎng)影響。這主要集中在供電企業(yè)對電網(wǎng)質(zhì)量要求較高的場合，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工作過程對電網(wǎng)的影響。
(2)節(jié)能。一方面，油田抽油機為克服大的起動轉(zhuǎn)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(tài)，造成資源浪費。另一方面，抽油機工作情況的連續(xù)變化，取決于地下的狀態(tài)，若始終處于工頻運行，也會造成電能浪費。為了節(jié)能，提高電動機工作效率，需進行變頻改造。
節(jié)能改造的實施方案
（一）、簡單降速方式：直接加裝變頻器并將電動機運行頻率降下來，降低電機轉(zhuǎn)速，增加每個沖程的時間，達到節(jié)能效果。實際應(yīng)用中能達到15％－30％的節(jié)電效果。
（二）、變化沖程方式：經(jīng)過實測井況和油水比例，根據(jù)游梁式抽油機的運行特性，對每個沖程中下降和提升設(shè)置不同的頻率，隨時調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速，抽油桿慢速下降快速提升，不僅達到節(jié)電效果，而且能夠有效地調(diào)整油水比例，提高產(chǎn)量。實際應(yīng)用中對近40臺改造后的游梁式抽油機現(xiàn)場實測，較工頻運行時平均節(jié)電38％，如果再計算產(chǎn)油量的提高，綜合效益非常可觀。
實際應(yīng)用中容易出現(xiàn)的問題及解決方法
在實際應(yīng)用過程中出現(xiàn)了許多問題，主要集中在游梁式抽油機發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生能量的處理上。對于上述第一種情況，采用變頻器加能耗制動單元可較方便實現(xiàn)，這是以多耗電能為代價的，主要因為發(fā)電能量不能回饋電網(wǎng)造成。在未采用變頻器時，電動機處于電動狀態(tài)時，從電網(wǎng)吸收電能；電動機處于發(fā)電狀態(tài)時，釋放能量，電能直接回饋電網(wǎng)的，并未在本地設(shè)備上耗費掉。綜合表現(xiàn)為抽油機供電系統(tǒng)的功率因數(shù)較低，對電網(wǎng)質(zhì)量影響較大。但在使用普通變頻器時，情況發(fā)生了變化。普通變頻器輸入是二極管整流，能量不可反方向流動。上述這部分電能沒有流回電網(wǎng)的通路，須用電阻就地消耗，這是必須使用能耗制動單元的原因。
使用環(huán)境對變頻調(diào)速系統(tǒng)的影響不容忽視，變頻調(diào)速系統(tǒng)安裝位置大多數(shù)是野外的抽油機附近，降雨、結(jié)露、潮濕、冰凍、灰塵、昆蟲、小動物都會對變頻器造成嚴重損害，同時還要防盜。這些情況要在安裝之初就充分解決，目前大多數(shù)現(xiàn)場采用的辦法是雙層、防水防塵配電柜來解決上述問題。這樣基本上能解決野外作業(yè)的環(huán)境影響，但是同時造成散熱不良的問題，為保證正常工作，需要在變頻器容量的選擇上充分考慮。
電網(wǎng)質(zhì)量對變頻器的影響也很大，游梁式抽油機的供電線路較遠，電網(wǎng)容易產(chǎn)生波動，很多對電網(wǎng)穩(wěn)定要求高的變頻器會經(jīng)常出現(xiàn)過電壓或者欠電壓保護，因為變頻器具備適應(yīng)電網(wǎng)波動較大場合使用的特性，所以應(yīng)用變頻器以來，雖然電網(wǎng)有較大波動（310V――430V）之間，一直能夠正常運行。
野外安裝，防雷擊也是重要方面，在安裝時要注意設(shè)置避雷裝置。
【結(jié)論】：變頻技術(shù)因其節(jié)能、利于提高工藝水平、方便構(gòu)成自控系統(tǒng)的優(yōu)勢，在各個行業(yè)得到越來越過廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用變頻調(diào)速是企業(yè)提高工藝水平、節(jié)能挖潛、增加效益的重要途徑，今后必將得到更廣泛的應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)造巨大的效益。
（轉(zhuǎn)載）
