抽油机井变频柜在油田现场的应用详细介绍

这4口井是2005年新投的油井，经过初期短暂的高产后，日产液大幅度下降，平均泵效仅为10.7％，平均系统效率仅为6.1％。除118-160井外，其它三口井冲次己经接近最小，无法调小冲次。

2、试验井效果

(1)、冲次任意调节

不用更换皮带轮，不需停产调节速度，提高了生产效率。解决了因调速造成的停产和冲次无法调小问题。

(2)、分段转速控制

通过变频对抽油机转速的调节，根据抽油机的特殊工况，把转速控制细划为上冲程转速控制和下冲程转速控制，减少漏失，提高泵充满程度，提高泵效。

(3)、提高油井的产量和泵效

根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度，使油井的供排协调，减少泵的空行程，提高泵效。4口井，提高泵效16.58％，日产液提高0.5，日产油提高0.2。

(4)、提高功率因数

使用变频器后，电动机功率因数提高到接近1，从而减轻了电网和变压器的负担，降低了线损，节省了无功损耗的电费。

(5)、对电网和设备无冲击

　　当电机在工频状态下启动时，启动电流相当于5～7倍额定电流，对抽油设备和供电电网造成很大的冲击，尤其是118-160井稀土永磁电机在启动瞬间产生很大的电流和震动，使用变频后电机柔性启动，使启动电流降至3-4倍，减少了对电网和抽油设备的冲击。

(6)、改善了抽油杆受力状况

　　光杆抽油速度对抽油杆受力有很大的影响，变频降冲次和优化上下冲程速度实现上慢下快，改善抽油杆循环特性。

(7)、提高系统效率

　　变频器应用油井使供排协调，泵充满程度提高，改善杆管应力，提高了井下效率；减少地面无功损耗，提高了地面效率，整体上系统效率明显提高。

(8)、减少电机能耗

　　油井调小频率，平均输入功率减少3.66kw，平均吨液耗电减少27.62kw.h，平均日耗电减少87.78kw。

(9)、负功能够回馈电网

　　对生产中的负功，使用回馈式制动单元，能把再生电能回馈电网。内部已经安装有电抗器和噪声滤波器，全程噪声过滤，不会污染电网和干扰其他设备。

(10)、减少热洗清蜡的负影响

　　油井热洗时，调频提高冲次，增加理论排量，强排生产，可以明显缩短含水恢复期，减少影响产油量。

六、经济效益分析

⑴产出费用

①节省电量费用：

3.66kw×24h×360d×0.47元/kw.h＝14862.5元

②少影响产油量费用：

洗井影响：1445元/吨×2吨/次×10次＝28900元

③增产量：

1445元/吨×0.2吨×360天＝104040元

合计：14.7802万元

⑵投入费用

①设备投入费用：整套设备投资32000元

这套装置投入产出比是1：4.618，而且这套装置寿命较长，可以长久使用，经济效益非常可观。

七、结论

　　从变频器应用现场数据分析，变频器一次性投入较高，但解决了机械采油系统功率因数低、电机启动转矩大、负载率低、能耗大的问题。电机起动性能良好、功率因数提高到0. 98 、节电率达40 %以上。

◎变频后无极调速，调速范围广，调速过程平滑；

◎调频后功率因数接近1；

◎柔性起动，可大幅度降低对供电变压器装机容量的要求，并使电机振动及噪音大大减小。

◎降低抽油泵容积损失，提高了泵充满系数。

◎抽油机运转性能得到改善，动载荷明显减少，载荷线光滑平直。

◎减少杆管磨损次数，改善杆管受力状态，延长杆管寿命；

◎降低电机输入功率和油井吨液耗电。

③Y一△转换

Y一△转换适合功率利用率低、大马拉小车严重的抽油井使用。电机三角形启动后，再将定子绕组切换成星型接法运转。转换后平衡变差，如果角接时平衡性差，转换后平衡性更差，现场需要转换井平衡性好。

④功率因数控制器

功率因数控制器，主要是采用单片机实时检测电机电压与电流之间的相位差变化，控制晶闸管的导通角，自动调节电机的供电电压，使电机在空载或轻载时降压运行从而达到提高功率因数，节能的目的。但是在实际应用过程中节电效果不太理想，主要原因是电压的变化速率跟不上电流的变化速率。另外由于可控硅引起电流产生谐波，受瞬变电势和瞬变电流的影响，引起电机发热和振动，影响了节电效果。

⑤无功补偿器

无功补偿器主要是采用加装一定容量的电容器对电网进行无功补偿，减少无功电流来提高功率因数，降低供电变压器负荷，从而降低网损达到节电的目的。目前这种技术应用比较广泛，效果也较好，缺点是不能提高电机效率，也不能降低电机输入功率，功率因数提高到0.5～0.6，电容器容易损坏。

⑥变频控制器

变频控制柜是实现了电动机的软启动，对电网无冲击，电动机功率因数可由0. 25～0. 50 提高到0. 90以上，从而减轻了电网及变压器的负担，降低了线损。操作方便，不需停产即可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度。利用最新研制的四象限矢量控制变频调速器，配以过程控制、位置传感等技术改造现有的抽油机，可以实现油井节电、增效和增产，从而提高整个有杆抽油系统的机采效率。

2、优化参数分析

优化抽油参数是根据油井动态变化，以低能耗为目标及时调整抽油参数。做法是长冲程、低冲次、合理泵径。选择低冲次的方法是很重要的工作。

常规抽油机生产时油井平均冲次计算公式：

式中： s—电机转差率；

—电源频率，hz；

—电动机的磁极对数。

调换小直径皮带轮是现场普遍采用的方法，成本低，使用方便，除非换12极电机否则最多能降到4次/分。增加抽油机减速箱传动比有两种方法：一种是更换大总传动比更大的减速箱，传动比至少要达到32；另外一种是对减速箱技术改造，在原减速箱基础上更换短齿齿轮。这两种方法成本高，不宜在现场使用。

换减速箱大皮带轮直径成本较高，可操作性差。

表2 降低电机转速方案对比

综上所述，对比可实施的几种方案（表2），从优选节能设备和优化生产参数的角度考虑，对于一些低产井和液面波动大的井，由于受到皮带轮最小包角和冲次有级调整的限制，达不到供排合理的抽油机井使用变频控制柜是最理想的选择。

三、抽油机井变频调速适应性分析

1、变频对输入功率影响

输入功率 与油井工作制度关系可以用下式表示：

上式表明：影响输入功率大小关键因素是冲程和冲次乘积，也就是光杆运行速度。其它参数不变，油井能耗与抽汲速度成正比。冲次将随着电源频率的改变而改变，而且两者的变化为正比关系。因此调低频率油井输入功率降低。