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電器技術(shù)問(wèn)題解答 => 節能降耗技術(shù)在潛油電泵井的應用

發(fā)布日期：[2017-12-21] 共閱[4690]次

化學(xué)工程與裝備節能降耗技術(shù)在潛油電泵井的應用仇維章靳玉權
2（大慶油田有限責任公司第一采油廠(chǎng)，黑龍江大慶163257）能技
術(shù)，以提高電泵井的排量效率和系統效率，為實(shí)現潛油電泵井整
體節能降耗提供技術(shù)保障。
　　1問(wèn)題的提出潛油電泵作為一種產(chǎn)液量高、排量效率高、檢泵
周期長(cháng)、方便管理的機械采油方式，在油田得到廣泛地應用。但
電泵設計配置與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)變化間存在不協(xié)調環(huán)節，一是電泵機組
設計揚程單一，出廠(chǎng)設計揚程均為1000m；二是目前電泵井井下配
套電動(dòng)機為異步潛油電動(dòng)機，功率因數小于0.8，導致無(wú)功功率
大，能耗損失高；三是隨著(zhù)潛油電泵井供排關(guān)系的變化，電泵井
的排量與油井供液能力不相匹配，經(jīng)常出現欠載或過(guò)載停機等現
象，致使機組損壞。為了解決上述問(wèn)題，現場(chǎng)優(yōu)化潛油電泵井參
數，應用減級泵、自動(dòng)補償控制技術(shù)、永磁同步電動(dòng)機技術(shù)、電
泵變頻調速技術(shù)，以及推廣應用成熟管理技術(shù)，強化電泵井的日
常管理，改善工作狀況，提高經(jīng)濟運行能力，實(shí)現電泵井節能降
耗的目的。
　　2自動(dòng)補償控制柜技術(shù)潛油電泵井自動(dòng)補償控制柜技術(shù)是針對
目前電泵井電網(wǎng)系統功率因數偏低，消耗無(wú)用功過(guò)高而研制的。
其原理是利用電容與潛油電動(dòng)機對電壓超前和滯后的特性，在變
壓器輸出側安裝補償器，補償6kV側電壓與電流過(guò)大的相位角，即
功率因數，降低電網(wǎng)消耗的無(wú)用功，達到節能的目的。
　　機采井工作時(shí)的電能能耗主要是電動(dòng)機做功實(shí)際消耗的電能
和電流通過(guò)導線(xiàn)傳輸時(shí)的線(xiàn)路損耗（P=3I2R），簡(jiǎn)稱(chēng)線(xiàn)損。線(xiàn)損
又由有功電流和無(wú)功電流組成。電動(dòng)機消耗的電能不能減少，否
則會(huì )影響其正常運轉。而線(xiàn)路損耗中的無(wú)功電流卻可以通過(guò)一定
的方法，使其降低到最低程度，使傳輸回路上只剩下有功電流的
線(xiàn)路損耗。
　　自動(dòng)補償控制柜的自動(dòng)補償控制器是采用TI公司的混合信號
處理器（MSP）技術(shù)，具有集成度高、測量精度高、處理速度快、
功耗低等特點(diǎn)，可保證系統的可靠性和抗干擾能力。它采用數字
信號處理算法和模型識別與預估分析算法，確保采用最優(yōu)化的電
容投切方案，自動(dòng)識別故障（過(guò)壓、元件損壞等）并報警。并且
采用監控三相電壓和三相電流，保證測量和控制的準確性和可靠
性，能夠真正實(shí)現長(cháng)時(shí)間連續穩定運行。
　　自動(dòng)補償控制柜主要是提高機采井的功率因數，最大限度地
將無(wú)功電流降低到最低程度，使無(wú)功線(xiàn)損降低到接近為3永磁同步
電動(dòng)機技術(shù)永磁同步電動(dòng)機與異步電動(dòng)機相比，減少了定子電流
和定子電阻損耗，使其效率比同規格的電動(dòng)機提高2%8%.永磁同步
電動(dòng)機具有功率因數高、體積小、重量輕等特點(diǎn)，有利于改善電
網(wǎng)供電狀況，是一種技術(shù)較成熟、工藝較穩定的節能產(chǎn)品。
　　永磁同步電動(dòng)機的功率因數達到0.95，比異步電動(dòng)機的功率
因數（0.80）高0.15，其效率為85%，比異步電動(dòng)機的效率
（80%）高5%，且轉速恒定。電動(dòng)機的輸入功率降低，可降低電動(dòng)
機無(wú)功功率，取得良好的節電效果。該電動(dòng)機具備自啟動(dòng)能力，
適用于90C以下井溫的環(huán)境要求。
　　4變頻調速電泵機組合理的排量效率應為80%120%.三次采油技
術(shù)的應用，電泵井產(chǎn)液量有較大的階段性變化，導致電泵機組某
一段時(shí)間內在極不合理狀態(tài)下運行，嚴重影響機組壽命。同時(shí)，
僅依靠油嘴調整產(chǎn)液，滿(mǎn)足不了油井產(chǎn)液量變化的需要，更換電
泵機組投入費用又比較高。因此，為了延長(cháng)潛油電泵井的檢泵周
期，保證正常生產(chǎn)，可采用變頻調速技術(shù)。
　　潛油電泵變頻調速技術(shù)是運用變頻控制屏和普通的潛油電泵
機組配套調速的工藝技術(shù)，通過(guò)變頻控制屏內的變頻系統和微機
控制系統，進(jìn)行自動(dòng)跟蹤改變電源頻率，從而改變電動(dòng)機的轉
速，調節多級離心泵的排量，使潛油電泵的特性和油井生產(chǎn)能力
相匹配、電泵機組在最佳工作區內工作，達到減少機械及電氣故
障、延長(cháng)電泵井壽命、增產(chǎn)及節能的目的。變頻器頻率調節范圍
通常為3060Hz，能使電泵額定排量范圍擴展到30%120%，擴大了潛
油電泵的合理排量范圍。
　　電泵變頻調速技術(shù)主要有高壓變頻驅動(dòng)系統與中壓變頻驅動(dòng)
系統。高壓變頻驅動(dòng)系統的變頻器采用高-低-高結構，即以低壓
變頻器，配以升、降壓變壓器和輸入、輸出濾波器直接集成高壓
變頻系統。高壓變頻系統采用的濾波器和變壓器都是針對具體應
用專(zhuān)門(mén)設計的，可有效地解決高次諧波長(cháng)線(xiàn)傳輸的問(wèn)題。加配降
壓及升壓變壓器，一次性生產(chǎn)投入成本有所下降。在中壓范圍
（三相交流1300V，內實(shí)現頻率的可調，中壓變頻器通過(guò)改變頻
率，部分電泵井不僅提高液量和油量，而且保證電泵井在合理的
范圍內運行。
　　電泵變頻調速技術(shù)具有軟啟動(dòng)功能、穩壓保護功能、軟失速
功能和控制功能。變頻器隨著(zhù)頻率的逐級遞增，緩慢、平穩地啟
動(dòng)電動(dòng)機；變頻器可自動(dòng)控制輸向電動(dòng)機的端電壓，如發(fā)生過(guò)電
壓，變頻器可自動(dòng)穩壓處理，發(fā)生欠電壓，變頻器可自動(dòng)降頻處
理；變頻器可控制機組轉矩不超過(guò)額定水平，并且可在變頻器上
進(jìn)行反轉電動(dòng)機操作，確保機組正常運轉。
　　控制功能包括手動(dòng)控制、轉矩電流控制和間歇控制。手動(dòng)控
制是指在地面上可手動(dòng)控制變頻器輸出頻率范圍，轉矩電流控制
是指可以控制電泵井液面；間歇控制是指對液面較深、供液能力
差的井，利用高、低頻供電自動(dòng)循環(huán)方式給電動(dòng)機供電。
　　5變軟啟停裝置潛油電泵機組隨著(zhù)運轉時(shí)間的增加，機組絕緣
隨之下降。低絕緣狀態(tài)下電泵機組的啟停操作是造成機組損壞的
關(guān)鍵環(huán)節。電泵井在生產(chǎn)過(guò)程中，由于欠過(guò)載停機、停電、線(xiàn)路
檢修、測試及其它地面故障等原因不可避免地需要停機和啟機操
作。電泵機組在全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流為額定電流的48倍，沖擊
電流會(huì )造成電動(dòng)機局部溫升過(guò)大，加之電泵機組結構的特殊性、
工作環(huán)境和散熱條件的限制，高電流的啟動(dòng)，嚴重影響電泵機組
在井下的運行壽命。同時(shí)產(chǎn)生較大的瞬時(shí)沖擊轉矩，容易對井下
機組造成破壞。電泵機組在全壓下停機時(shí)，電動(dòng)機線(xiàn)圈內部將產(chǎn)
生34倍的操作過(guò)電壓，對電泵機組的絕緣也會(huì )造成嚴重的破壞。
　　電泵井軟啟停裝置是通過(guò)單片機控制系統，對可控硅導通角
進(jìn)行智能控制，來(lái)實(shí)現機組啟停過(guò)程中對電壓的控制。
　　在電泵井啟動(dòng)前設定啟動(dòng)時(shí)間，使電動(dòng)機工作電壓由0無(wú)級連
續升至機組額定電壓值，減少啟動(dòng)瞬間電流對機組和電纜絕緣的
沖擊；當啟動(dòng)結束時(shí)，旁通開(kāi)關(guān)自動(dòng)吸合，機組正常運轉。在停
機過(guò)程中，通過(guò)調整停機時(shí)間實(shí)現軟停功能，電動(dòng)機工作電壓由
額定值無(wú)級連續降到0，避免停機過(guò)程中電壓對電動(dòng)機及電纜絕緣
造成的損壞。軟啟動(dòng)器作為新一代電氣控制設備，主要采用電子
控制技術(shù)，實(shí)現電泵軟啟、軟停、保護、監測等功能，有效地降
低啟動(dòng)沖擊電流和停機操作過(guò)電壓。
　　6其它措施潛油電泵井的節能降耗，除了采取以上的技術(shù)措施
外，還要在技術(shù)管理、生產(chǎn)管理等方面采取措施。例如，在曰常
生產(chǎn)中，要搞好供排關(guān)系的協(xié)調，使潛油電泵排量特性與油井的
供液能力相匹配，或采取油井轉注，關(guān)高含水井等措施調整平面
矛盾；還要加強電泵井的動(dòng)態(tài)管理，根據油井的產(chǎn)液、壓力、液
面、電流、電壓等參數的變化，采用“隨變隨調”，及時(shí)改變電
泵井的生產(chǎn)參數，減少故障停機，提高電泵井的運行效率。
　　7取得認識三潛油電泵具有其它舉升方式無(wú)法比擬的技術(shù)優(yōu)
勢，但能耗高及檢泵費用高依然制約著(zhù)潛油電泵井的發(fā)展。采取
優(yōu)化參數設計技術(shù)、自動(dòng)補償控制柜技術(shù)、永磁同步電動(dòng)機技
術(shù)、變頻調速技術(shù)等電泵節能降耗技術(shù)，解決電泵揚程偏大、機
組故障頻繁發(fā)生、功率因數低、運行效率低等問(wèn)題，可提高潛油
電泵井的適應能力，進(jìn)一步拓展潛油電泵井的應用空間。


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