浅谈变频调速技术在三次采油中的应用和意义

戴海峰

（渤海石油装备制造有限公司石油机械厂，河北 沧州230041）

以往我国石油开采行业绝大多数油田开采依靠的都是一次采油技术。一次采油技术是在原油初次开采时，利用井下压力使原油和天然气自喷而出。这种原始的开采方式对设备和技术的要求比较低，一般应有于油田开发的初期。油田经过一次采油技术开采后，地下压力的变小，原油井下压力不足以使原油和天然气自喷，要对油井继续开采，就必须使用二次采油技术。二次采油技术是通过向地下注水增加井下压力，将原油和天然气驱出。目前我国部分油田已经采用了二次采油技术。由于各大油田的开发进程不一，一些开发力度大的油田，也已经进入二次采油晚期，向地下注水的采油率不足百分之五，综合计算初次原油采集和二次原油采油的采集率也刚刚超过百分之三十。因此，为了保证油井的采油率，三次采油技术的采用变得非常必要。各大油田进行三次采油，既可以维持原油稳定，减缓油田衰老速度，提高原油采收率，又符合我国能源战略要求。

1 三次采油概述

（1）三次采油的原理。三次采油技术是在油田经过一次和二次采油之后进行的更进一步的采油技术手段，其主要通过改变油井内部石油、气体、水和岩石之间的物理化学特性的方法，达到第三次对油进内的石油进行开采目的。

（2）三次采油的现状。聚合物、微生物、三元复合驱油是目前三次采油中运用的主要手段，而聚合物是最普遍采用的方法。

聚合物驱比水驱增加了一倍的采油率，是东部老油田经过二次采油后，油井进入高含水后期，保持稳产的重要措施之一。大庆、大港、胜利等油田一些开采进度比较快的大油田已经进行了聚合物驱油，其中大庆油田使用聚合物来进行驱油之后，年产油量已达一千一百万吨以上。在三次采油过程中，聚合物驱油法采用往地下注入聚合物的方法增加油井的采油率方法被国内的一些大油田广泛采用，使聚合物驱己形成了系统的配套工艺技术，并且在我国大庆和胜利等东部传统的大型油田基地中形成规模较大的工业化生产。

2 三次采油中的变频控制技术

变频技术在三次采油中的应用，实际上就是利用变频器基于上述原理采用电源变换技术，将电力电子、微电脑控制等技术集合在采油设备之上综合性电气化技术的实践应用过程。

油田常用利用聚合物进行驱油，它是利用向油井注入聚合物，提高井下压力来将井下的原油压迫出油井。影响聚合驱油技术的重要设备有流量计量、分散装置和注聚泵。

（1）流量计量设备通常是采用高压计量的方式进行计量。主要的流量计量工具有电磁、金属高转子和高压磁流量计。

（2）聚合物分散装置的主要功能是将聚合物进行充分混合，之后将混合物配置成所需要的黏度、浓度和比例的采油设备。

（3）注聚泵（图1）组成包括液力端、动力端、电气本分和传动本分。

注聚泵的工作原理：通过电动机提供动力，利用扭矩转动窄形皮带和大、小皮带轮，通过泵过渡至使用速率，通过曲轴的旋转，来驱使连杆，使旋转的运动转化为来回运动，与此同时扭矩转化为聚注泵的冲次，使驱动柱塞来回运动。在柱塞进入泵筒向后运功过程中，泵中的进液阀被打开，同时出液阀被关闭，泵筒内压力开始变小，压力迫使液体流入注聚泵，这个液体吸入的过程将延续至柱塞移动到曲轴一百八十度位置为止。同样，柱塞进入泵筒内向前移动的过程中，泵的进液阀将会关闭，同时出液阀将会开启，泵筒的内腔压力开始变大，泵体内的液体将被压力挤压。

图1 注聚泵结构

3 三次采油中变频调速技术的应用

国内多数的油田都通过变频调速这项技术去调整泵的冲次。变频调速技术其实是通过运用传感器来采集数据，进过模糊控制，预设最佳运动状态，在电机运行保持高效率的前提下，让机械采油率维持在最优水平。三次采油中运用变频调速技术，通过更加高效实用的技术手段，提高老油田的整体采油率，有助于维持老油田的原油产量的稳定。变频技术节约了每日消耗的费用，有利于处理后期存在的的采油“空抽”局面，使设备的磨损减小，有利于增加每口油井的每日采油量；变频技术的采用有助于提高采油过程的环保性，具有极其深远的推广意义，同时也有助于油田向绿色油田的发展方向前进。

变频调速技术是通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。其原理是电机转速和工作电源输入频率成正比，即

其中，

n为转速；

f为输入频率；

s为电机转差率；

p为电机磁极对数。

由式中的函数表达可以推测，变频调速能够通过转变电动机的电源频率影响电机转速，也能够通过转变定子供电频率影响电机转速，进而影响电机输出的功率。在调节的过程中，日常电机转速低于额定的转速，因此可以通过改变频率调节范围内的频率，更好的改良电机的性能。流量在获取信号之后，先传递PID调节器，再传递到变频器，经过变频器的输出信号在PID的面板之上显示出来。对PID的输出数据进行预先设定，达到利用信号来调整电机转速的目的。经过闭环控制系统的回路时，进行流量的调控。这个设计具有运行平稳、控制精度高和低能耗的特点。变频调速技术利用转变电机运行状态去控制泵的转速，进而调整油田采油需要的现场的过程参数，其和采用传统采油设备中的阀门调整相比较，更好地改善了采油设备实际中的运行工况，提高了设备操作的方便性。

4 变频调速技术在三次采油中的意义

在三次采油的过程中结合变频的调速技术，利用压力流量测试技术与PIA的控制技术可以实现提高产量，降低成本，节能环保和延长机器寿命的。通过变频调速技术的改良，采油过程中不仅降低了工作人员的劳动强度，而且减少了在三次采油过程中的繁琐工作，提高了工作效率，增加了油田整体的采油效率，提高了油井的产量；变频调速技术的采用使采用的机器设备工作过程中具有良好的连贯性和密封性，在增加机器运转效率的同时，也更加的环保，减少了油田采油过程中造成的污染问题，符合以后绿色油田发展的大方向；变频技术使采油设备具有了软启动和软停止的功能，避免了启动电流大对设备本身的冲击。更完整的机器功能，减少了机器运转中不必更换其中的零件，从而降低了采油设备损坏的几率。更科学合理的设备整体设计，使采油设备性能更优良，使用寿命更长。

5 结束语

三次采油对稳定我国成熟油田的产量有着重要意义。变频调速技术是三次采油中科技对设备的应用升级，其有针对性地解决了传统采油设备中存在的一些问题，是三次采油工作取得良好的成绩的重要因素之一。变频调速技术在采油的过程中缩减了采油中一些工作过程，如消除了传统注聚泵使用使更换泵塞的工作，不仅减少了工作量，而且也变相的增加了采油的环保性。变频调速技术的在三次采油中的重要性，已经被国内大庆和胜利等大型油田所熟知，在今后的三次采油工作中将会被越来越多的采用。

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