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  郝英杰,許衛華

1  引言
隨著我國石油工業發展和油田開發的需要，為了提高油田采油速度和最終采收率，應用機械采油方法，是整個油田開發過程中一個重要步驟。潛油電泵作為一種比較新的機械采油設備，近十年來在我國已得到廣泛的應用，并得到不斷完善和發展。
潛油電泵是井下工作的多級離心泵，同油管一起下入井內，地面電源通過變壓器、控制屏和潛油電纜將電能輸送給井下潛油電機，使電機帶動多級離心泵旋轉，將電能轉換為機械能，把油井中的井液舉升到地面。
由于潛油電泵的機組與泵是在地面以下兩千多米的井底工作，環境惡劣（高溫、強腐蝕等），傳統的供電方式――全壓、工頻使它故障頻繁，運行成本大增。潛油電泵損壞后提到地面上來修理，僅工程費一項就達5萬元，價值10萬元的電纜平均提上放下5次就必須更換，潛油電泵平均每10個月就需維修一次，維修費用約8萬元。傳統的供電方式危害甚多。例如：
①  潛油電泵全速運轉，當井下液量不富余時，容易抽空，甚至造成死井，一旦死井，則損失慘重。
②  油田供電電壓常有波動，使電機欠勵磁或過勵磁，電機被燒時有發生。
③  兩千米的井下電纜帶來了150伏左右的線路損耗，由于這部分損耗無法補償，從而影響了電機的正常工作。
2  潛油電泵專用變頻器的應用
潛油電泵在工頻啟動時，啟動電流大，電機電纜的壓降較大，使得電機電纜在起動過程中的反壓較高，絕緣性能降低，每次開機都會使電泵壽命大打折扣。潛油電泵在正常工作時，普遍存在著電機負載率較低的情況，“大馬拉小車”現象嚴重。潛油電泵的功率因數都較低，無功損耗較大，耗電量多。根據油田開發方案的要求，潛油電泵應根據地質情況的變化，調節抽油量。傳統的調節方式是靠更換油嘴來調節產量。這樣既造成能量損失又不能精確地控制。有時使得電機與泵長期在高油壓狀態下運行；有時使得油井出沙嚴重，使設備壽命縮短，不能符合開發方案的要求。解決以上問題，只有采用變頻控制系統，通過調節頻率來調節油壓和產量。我們對勝利油田的二十多口電泵井進行了變頻運行改造，起到了良好的效果。
潛油電泵專用變頻器有以下特點：
①  可實現電泵軟起動、停車，延長電泵的使用壽命，保護電機、電纜，節約維修費用。
②  提高電泵系統的功率因數，節電效果明顯。
③  提高管網的品質，可實現電泵系統的閉環控制，增加電泵系統的工作安全性。
④  可靠性高，操作方便，可以實現輸出電壓、電流的連續調節，以達到輸出功率連續可調的目的，使電泵采油系統處于最佳工作狀態。
⑤  提高生產效率，便于整體管理及調度，可實現電泵系統的集散控制。
3  改造與應用
潛油電泵專用變頻器的基本結構是交―直―交變頻器，它是先將工頻交流電通過整流器變成直流電，再經過逆變器將直流變成可控頻率的交流電，因此又稱為中間直流環節的變頻裝置。在進行電機調速時，在改變頻率的同時，控制變頻器的輸出電壓，使電機磁通保持一定。通過保持U/f恒定使電動機獲得所需的轉矩特性。潛油電泵變頻改造系統流程如圖1所示。

 圖1  潛油電泵變頻改造系統流程圖

根據東萃科技有限公司生產的潛油電泵專用變頻器ZDBP-75/1140在勝利油田純梁采油廠L23-P1＃上的應用情況進行舉例說明。
設備主要技術指標有：
輸入：三相、50Hz、線電壓1140V（+15%～-20％）；容量：75kW；輸出：頻率2～50Hz連續可調，額定電壓1140V；保護功能：過壓、欠壓、過載、短路、缺相、溫升、失速。
該油井供液能力較差，為了保證連續生產，安裝完畢后，去掉油井油嘴，頻率調至40Hz運行。電流由原工頻時的52A降為28A。經該廠能源檢測站采用DJYC-95型電機經濟運行測試儀（電壓、電流0.5級，功率1.0級）對設備進行現場測試，結果如下：
① 系統功率因數由0.671提高到0.759。
② 有功功率降低幅度較大，有功節電率達到了22.49%，無功節電率為39.85%，綜合節電率為23.04%，節電效果較好（見表1）。

表1  變頻改造前后測試數據表
 

③ 實現了電泵軟起動、停車，有效保護電機、電纜，延長了電泵的使用壽命。

4  變頻改造應注意的事項
油田的地質結構很復雜，各個采油區塊、各油井的生產情況都不盡相同。油井井深不同，地面電壓從600～2500伏不等，因此在使用變頻器時應注意電泵井的電壓等級；充分了解了井況，針對不同的井還要注意使用的方法。這樣才能起到良好的效果（見表2）。
采油技術涉及多學科領域，目前的潛油電泵用變頻器已從原先的高―低―高方式轉變為直接高―高變頻，體積更小、操作更加方便。但為了提高油田采油的自動化水平，在應用時還有待解決以下問題：① 使變頻器與井底溫度傳感器、壓力傳感器構成閉環控制系統。② 使變頻控制系統具有運行參數無線傳輸功能，可隨時監測油井的運行情況。

                                     表2