摘 要：本文介紹了風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器在抽油機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用情況。通過改造，實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)高效運(yùn)行，達(dá)到了節(jié)能降耗和提高產(chǎn)量的目的。 關(guān)鍵詞：變頻器 抽油機(jī) 節(jié)能 Abstract: The paper introduces the energy-saving rebuild application of fengguang specific inverter for oil pump in the control system. The reconstruction realizes high effect of oil pump ,achieves the purpose of retrenching energy, reducing energy consumption and improving output. Key word: Inverter Oil pump Energy-saving 1 . 引言 我國的油田絕大部分要靠注水來壓油入井，靠抽油機(jī)把油從地層提升上來。以水換油，以電換油是目前我國油田的現(xiàn)實(shí)。如何提高采油效率，降低采出液的噸液能耗，提高產(chǎn)量，使抽油機(jī)的參數(shù)更好的適應(yīng)地上 、 地下工況，使現(xiàn)場抽油機(jī)調(diào)節(jié)更為方便，成為大家的焦點(diǎn)。 目前，在油田抽油機(jī)設(shè)備中，以游梁式抽油機(jī)使用方便 、 可靠，是目前油田采油生產(chǎn)中的主要設(shè)備，應(yīng)用最為普遍，數(shù)量也最多。下面以游梁式抽油機(jī)為例，介紹風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器在其上面的應(yīng)用。 2 . 游梁式抽油機(jī)工作原理 游梁式抽油機(jī)其工作過程為：用電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)帶動(dòng)皮帶輪，皮帶輪帶動(dòng)兩個(gè)很重的鋼質(zhì)滑塊的旋轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，依靠杠桿的作用，將盛油器提上放下，而將油帶出地面進(jìn)入輸油管道中或儲(chǔ)油罐中，完成抽油過程。 抽油機(jī)電機(jī)的負(fù)荷是一周期性脈動(dòng)負(fù)荷 , 并迭加有瞬間的沖擊。為了減小抽油機(jī)上下沖程負(fù)荷的波動(dòng) , 一般都配有平衡塊。為了保證足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 , 抽油機(jī)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率很低 , 一般在 20%～30% 。低負(fù)荷率運(yùn)行，造成功率因數(shù)低 , 效率低 , 電能浪費(fèi)大。 因此，在設(shè)計(jì)選配抽油機(jī)電機(jī)時(shí)，普遍的做法是令其抽取量大于實(shí)際負(fù)荷。它所帶來的新問題是當(dāng)抽油機(jī)排量過剩時(shí)，抽油機(jī)的運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)無功抽取，出現(xiàn)空抽或泵空狀態(tài)，過剩的抽油能力令抽油機(jī)的無功抽取時(shí)間增加，造成油井開采的電費(fèi)成本居高不下，能源浪費(fèi)十分嚴(yán)重。因此，抽油機(jī)的節(jié)能潛力非常可觀。 節(jié)能包括兩個(gè)方面：一是從電動(dòng)機(jī)本身考慮，提高電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率和效率；二是從系統(tǒng)考慮，改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，使機(jī) 、 桿 、 泵整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到較好的配合，提高系統(tǒng)效率。兩者比較，后者的節(jié)能潛力比前者大得多。在游梁式抽油機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅機(jī) 、 桿 、 泵整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到較好的配合 , 自動(dòng)化程度提高，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少工作量，而且節(jié)能效果明顯，綜合效益顯著。 3 . 抽油機(jī)專用變頻器工作原理 根據(jù)抽油機(jī)是交變工作載荷的特點(diǎn)，風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器內(nèi)置了專用的運(yùn)動(dòng)控制程序 。 風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器，可以根據(jù)油井的實(shí)際情況，由操作設(shè)置油井工作參數(shù)和工作方式，經(jīng)過運(yùn)算處理后，變頻器自行調(diào)整抽油井工作制度，改變抽油機(jī)的沖程頻次，達(dá)到上 、 下沖程間的平穩(wěn)過渡。變頻器本身具有抽油機(jī)所需的各種保護(hù)功能及相應(yīng)的放電回饋電路，而且風(fēng)機(jī)可以有溫度自動(dòng)控制，也節(jié)約相應(yīng)的能源消耗。 我們針對(duì)抽油機(jī)載荷的特殊性和野外工作特點(diǎn)，按照嚴(yán)格的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì) 、 制造抽油機(jī)專用變頻器，把制動(dòng)電路 、 回饋電路 、 無線濾波器 、 線路電抗器和防雷擊裝置集成到專用變頻器中，增強(qiáng)整機(jī)的可靠性。 變頻器主電路原理如圖 1 示 : [ALIGN=CENTER] 圖 1變頻器主電路原理[/ALIGN] 4 . 風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器的節(jié)能原理 風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器可根據(jù)井下供液情況，自動(dòng)調(diào)整抽油井工作制度，使游梁式抽油機(jī)的固定動(dòng)態(tài)特性變?yōu)榭筛鶕?jù)油井開采情況自動(dòng)調(diào)節(jié)的可變動(dòng)態(tài)特性，提高泵充滿系數(shù)及排量系數(shù)，達(dá)到節(jié)能，增產(chǎn)，無級(jí)調(diào)速的效果。 風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器采用動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程頻次和上 、 下行程的速度，達(dá)到節(jié)電又增產(chǎn)的目的。 （1）可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié) 抽油機(jī)的沖程頻次，節(jié)電。抽油機(jī)的沖程頻次可以通過機(jī)械的方法調(diào)整，但是，一旦調(diào)整好之后，人是不可以經(jīng)常改動(dòng)的，并且通過皮帶輪直徑調(diào)整頻次的方法是有限的，不能動(dòng)態(tài)適應(yīng)油井負(fù)荷的需要。而變頻調(diào)速則能動(dòng)態(tài)調(diào)整抽油機(jī)的轉(zhuǎn)速， 可無級(jí)調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖次， 從而調(diào)整泵的充滿度，提高抽取效率，增加原油產(chǎn)量，減少了電機(jī)功率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能目的。 （2） 可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié) 抽油機(jī)的上 、 下行程的速度實(shí)現(xiàn)節(jié)能增產(chǎn)的目的。由于采用變頻調(diào)速技術(shù)，通過上 、 下死點(diǎn)位置傳感器 控制變頻調(diào)速器上、下沖程輸出不同頻率的電源，從而使電動(dòng)機(jī)上、下沖程轉(zhuǎn)速不同，可無級(jí)調(diào)節(jié)抽油機(jī)上下沖程速比。 還可以根據(jù)實(shí)際需要分別地調(diào)整每一沖程下行程的速度，可以提高原油在泵的充滿度；而適當(dāng)提高上行程的速度，則可以減少在提升過程中的漏失系數(shù)，有效地提高單位時(shí)間內(nèi)的原油產(chǎn)量。節(jié)電，節(jié)能。 5 . 現(xiàn)場應(yīng)用 由于應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)抽油機(jī)實(shí)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大幅度降低。功率因數(shù)由 0.3-0.5 上升到 0.9 以上。提高了功率因數(shù)，減少了無功損耗。 風(fēng)光抽油機(jī)專用變頻器可根據(jù)油井工況對(duì)沖程頻次和上下沖程的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使油井供排系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，在青海油田 30 口油井上，由實(shí)驗(yàn)前后的數(shù)據(jù)表明，單井的平均增產(chǎn) 20% ，單井的平均節(jié)電率為 20% 左右。 我們分別選前期井 、 中后期進(jìn)行了變頻改造。 在前期井中，由于井剛開采，儲(chǔ)油量大，為提高功效，我們采用提高抽油機(jī)的沖程頻次的方式，讓變頻器運(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。 在中 、后期井中，由于井儲(chǔ)量減少，供液不足，電機(jī)若仍工頗運(yùn)行，勢必浪費(fèi)電能，造成不必要的損耗，因而我們采用調(diào)整抽油機(jī)的 沖程頻次和選用上快下慢的開采工藝，一般將變頻器的頻率運(yùn)行至 35～45HZ 之間，這樣電機(jī)平均轉(zhuǎn)速下降了 20% ，加之采油設(shè)備一般負(fù)荷較輕，其節(jié)電率可達(dá) 25% 左右。還有另外在開采稠油井的中后期，因原油黏度上升，經(jīng)常發(fā)生驢頭和光桿 “打架”現(xiàn)象，通過調(diào)節(jié) 沖程頻次和選用上快下慢的開采工藝，避免了 “打架”，延長了開采時(shí)間，提高了原油產(chǎn)量。 6 . 應(yīng)用注意事項(xiàng) （1）由于抽油機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，所以設(shè)置合適的轉(zhuǎn)矩提升曲線，不合適轉(zhuǎn)矩提升曲線（電壓不足或過高）都會(huì)使電流增大。 （2）在抽油機(jī)滑塊下降過程中，負(fù)荷減輕，電機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，其再生能量將傳人變頻器，通過逆變回路的續(xù)流二極管整流而變成直流加在主電路上，造成主電路母線電壓升高，頻繁的高壓會(huì)損壞變頻器的主器件，包括電解電容及功率模快，因此需加制動(dòng)回路，讓再生電壓能及時(shí)地釋放掉，保證主回路器件在安全的電壓下工作。再生制動(dòng)電路原理如圖2示 [ALIGN=CENTER] 圖 2 再生制動(dòng)電路原理[/ALIGN] 7.結(jié)束語 變頻器具有軟起、停功能，減少了對(duì)抽油機(jī)桿的機(jī)械沖擊，保護(hù)了電機(jī)及機(jī)械設(shè)備，減少維修量，變頻器對(duì)過壓、欠壓、過載、短路及電路失速都能可靠地保護(hù)?？傊?， 變頻控制技術(shù)在抽油機(jī)上應(yīng)用，對(duì)抽油生產(chǎn)設(shè)備來說是一個(gè)很大進(jìn)步，它從根本上改變了抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性，使抽油機(jī) —抽油桿—抽油泵達(dá)到動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，使有桿抽油系統(tǒng)和油井供液系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)。 抽油機(jī)應(yīng)用變頻器，即可以提高工效，增加采油量，又可以節(jié)約電能，保護(hù)電機(jī)及設(shè)備，其應(yīng)用前景是十分廣泛的。在能源日益緊張的今天，相信變頻器在抽油機(jī)這方面可以大有作為的。 參考文獻(xiàn) ［1］周佳勝.變頻調(diào)速器在油田設(shè)備上的應(yīng)用.變頻器世界，2003（3） ［2］趙來軍，倪振文，職黎光，黎若鵬.游梁式抽油機(jī)的智 能化改造 . 石油機(jī)械， 1999 ， 27 （4） 作者簡介：劉學(xué)成，男，工程師， 1978 年 7 月生， 2002 年 7 月畢業(yè)于海軍大連艦艇學(xué)院應(yīng)用電子專業(yè)，現(xiàn)在山東風(fēng)光電子有限公司從事變頻器的研制、開發(fā)工作。