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关 键 词: 潜油电泵 、 变频器 、 节能
Abstract: This paper has summarized the application of the inverters to latent oil electro-pump on the scene in the oil field. Data analysis indicate that economic effectiveness are very evident ,should be vigorously develop and expand.
Keywords: Latent oil electro-pump 、 Inverter 、 Energy-saving
1 引言
随着我国石油工业发展和石油开发工作的需要，为了稳定提高采油速度与最终采收率，并以采油效益最大化为基本原则，在参阅国外大量先进采油新技术，新工艺资料的基础上，油田引入中压潜油电泵专用变频器并根据油井的适应性，对潜油电泵采油系统进行技术改造，通过实验应用，发现该产品有诸多优点。为了更深入地认识该产品，我们同现河采油厂电泵队、现河采油厂技术检测站于2004年2月1日至3日对W102-100、H68-8、H50-1、H31-44、H10-53五口电泵井进行了全面检测，对该产品的应用情况进行了全面系统的分析和总结。
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2 变频器应用的理论依据
2.1 节能应用原理
由流体力学可知，油的传输管道确定后，传输阻力即为常数R=C，这时液体的压力与流量的关系就以确定。H=f1(Q)|R=C
关系曲线图如图1所示。
[img]2005812830085972.gif[/img]
其中R1代表粗管管阻、管阻小。R2代表细管阻、管阻大。
从上述关系可以看出，为得到同一个流量Q1，在粗管中压力为H1，在细管中压力为H2。同为压力H2在细管中流量为Q1，在粗管中则对应较大的流量Q2。
在转速一定时，用油嘴来改变管阻的办法调节流量，函数关系如图2所示。
H=f2(Q)|n=c
对同一转速而言，流量变小，压力必须增加;转速下降，对应同一流量的压力也下降。
现在把上述两个关系曲线统一在同一坐标系上即可得到如下关系，如图3所示。
[img]20058128302425844.gif[/img]
从上图3可以看出，油泵的一个工作点由4个参数来确定:Q、H、n、R 。现在假设某一油泵工作在A点，管阻为R1，转速为n1，流量为Q1，为了使油泵采油能力满足地质采量要求，使流量从Q1降为Q2这时可通过两种方法实现。第一种方法把工作点由A点移到B点，即在转速为工频的条件下加装油嘴，增加管阻的办法达到地质采量要求。
在这种情况下电机的轴功率是:
PB=H2×Q2/η η为油泵效率
第二种方法就是把工作点由A点转移到C点，即在不交换油嘴的条件下用变频器把转速降到n2，这时电机的轴功率为: PC=H1×Q2/η
由于H1明显大于H2所以PB明显大于PC
节省功率是:△P=PB-PC=Q2×(H2-H1)/η
△P在图上对应的阴影部分的面积，通常可达10%-30%。
由此不难看出用变频器降速法改变潜油电泵的抽油能力来满足地质采量要求可大大节约能源，降低采油成本。
2.2 变频器对电机与电缆的保护原理
潜油电泵在未安装变频器前，所对应的电环境比较差，电压波形一般如图4所示。
[img]20058128304439215.gif[/img]
由上述波形可以看出，电机及电缆承受较高的dV/dt的冲击，为此电缆及电机的绝缘老化较快。安装变频器后无论动态电压变化、与静态电压变化都被变频器进行隔离，电机及电缆的寿命将会得到延长。
2.3 变频器可以根据地质参数及开发方案的要求进行“工艺性”调速。
潜油电泵变频器可以使电泵井在方案优化设计的基础上调整生产井的抽汲参数，提高电泵井系统效率。同时可根据开发方案要求进行调速，防止油井出沙严重，地层坍塌事故发生。
3 综合效率评估
3.1 改造后，潜油电泵系统具有明显的节能效益。
由于原来的油井一旦选定潜油电泵适配型号，潜油电泵的固有抽油能力就无法改变，为了适应每口井的动态地质采量要求，采取了用抽油嘴有级调节方式限定潜油电泵的固有抽油能力来满足地质采量要求，为此这种方法使得电潜泵的系统效率大大降低，增加了采油耗电量，加大了采油成本。 采用变频器对潜油电泵系统进行改造后，可使每口井的采油能力在最大采油量与零采油量之间连续可调。这样既能最佳的适配地质要求，又能使得潜油电泵系统工作在高效率状态下，降低了采油成本，且变频器操作简单、使用方便、安全可靠。
3.2 改造后，潜油电泵系统各部件使用寿命得到了延长。
潜油电泵系统各部件使用寿命得到了延长是由以下几个方面决定的:第一、潜油电泵的电环境工作条件得到极大的改善。改造前潜油电泵工作在电压波动+15%~-20%及浪涌电压和毛刺电压出现频次高的条件下。改造后，原电源通过变频器的滤波及隔离作用，使得潜油电泵工作在电压基本稳定的条件下。为此，它延长了潜油电泵及电缆的电气使用寿命。第二、由于原来潜油电泵抽油能力为适配地质采量要求采用的是油嘴限量法，潜油电泵仍然工作在高速状态下。采用变频器后，潜油电泵的采油能力与地质采油能力的适配采用的是降速调节法，潜油电泵工作在低速状态下，为此潜油电泵的机械使用寿命得到了延长。第三、由于采用变频器后，自然具有了软启动功能。为此，解决了因启动给系统带来的电冲击和机械冲击，延长了系统的电气使用寿命和机械使用寿命。例如:L13-12井在2002年10月21日安装变频器前测的电气绝缘为7MΩ，按传统方式该井还可运行一个多月则需作业。安装变频器后，该井一直运行到2003年11月，寿命延长8个月。L23-P1井于2001年7月安装变频器，安装前平均330天作业一次，安装变频器后于2003年10月作业，故延长寿命9个月。总之，从实际运行效果统计结论，变频器安装前潜油电泵平均寿命300天左右，安装变频器后，可提高寿命近一倍。
3.3 改造后，解决了潜油电泵因沙卡造成的作业问题。
系统改造前，如出现沙卡，一般采用洗井或把潜油电泵提出地面进行解决，既有较高的作业成本，又影响生产。改造后，如出现沙卡，可采用反转法把泵内的存沙排出，无须作业解决，时间短，基本不影响生产。例如:14-X12井在2001年12月安装变频器前油井出沙严重，一旦停井则必须洗井或作业。油井平均运行6个月。安装变频器后，出现沙卡时可以用变频低速倒转排沙20分钟，即可正常开机。既节省时间、洗井费用(每次约3000元)又延长系统运行时间。
3.4 改造后，电网功率因数得到了提高。
由于变频器的本身的特性所决定，变频器功率因数最高可达0.98，改造前泵的功率因数一般不高于0.8。为此，大大降低了电网的无功损耗，并能满足国家对电网功率因数指标的要求。
4 经济效益分析
4.1 调速节能效益分析
W102-100井实测参数如下:
变频42Hz运行，电压:2089V，2087V，2095V，电流20.9A，21A，22A;功率因数0.981;功率76.3kW;每天产液量244.5m3。
计算如下:每天耗电量:76.3kW×24=1831kWh，每吨耗电量:1831/244.5=7.49kWh。
变频47Hz运行，电压:2088V，电流28A;功率因数0.985;功率98.1kW;每天产液量285m3。
计算如下:每天耗电量:98.1kW×24=2354.4kWh，每吨耗电量:2354.4/285=8.26kWh，
工频50Hz运行，电压:2049V，电流35A;功率因数0.808;功率102.5kW;每天产液量264m3。
计算如下:每天耗电量:102.5kW×24=2460kwh，每吨耗电量:2460/264=9.3kwh。
42Hz时节电率:(9.3-7.49)/9.3=19.5%;
47Hz时节电率:(9.3-8.26)/9.3=11.2%
每kwh电量按0.5元计算，42Hz时每年节约电费:
365×244.5×(9.3-7.43)×0.5=80764.46元
功率因数提高节约按1%计算80764.46×1%=807. 46
节电总效益:80764.46+807.46=81571.9元
每度电按0.5元计算，47Hz时每年节约电费:
365×285.5×(9.3-8.26)×0.5=54187.9元
功率因数提高节约按1%计算54187.9×1%=541.87元
节电总效率:54187.9+541.87=54729.77元
通过实测可以得出结论:选择适配工况，调节好最佳运行点，平均节电率可在15%以上，每年节约资金6.5万元。
4.2 设备寿命延长效益分析
通过安装变频器的潜油电泵系统来看，设备作业周期平均延长一倍左右，按平均延长80%计算，每次作业费用按10万元，则设备寿命延长效益是10×0.8=8万元。
为此，节电与节约作业费用的年总效益约为:
6.5+8=14.5万元
5 结论
(1) 本产品具有很高的使用经济效益,适应大面积推广。
(2) 制造厂应进一步提高产品性能，把现有人为判定地质采量、人为干预系统运行变为自动判定地质采量，自动适应地质采量。
(3) 用户应从更加广义的节能概念理解该产品的效益价值。
(4) 加大选井的技术力度，提高应用工况的准确性。