智能化多功能调速装置的应用与评价

闫静（大庆油田有限责任公司第二采油厂）

随着油田深入开发，油井供排关系不合理问题日趋严峻，为了最大限度地发掘机采井节能降耗的潜能，寻求企业效益最大化的管理途径，采油厂部分供排关系不合理井应用了智能化多功能调速装置。

1 抽油机井生产状况

目前，正常生产的抽油机井的平均沉没度为236.23m，其中参数偏大区468口井，参数偏小区366口井，占开井数的16.17%（表1）。

表1 供排失衡井生产情况统计

分析沉没度小于100m和大于500m的834口抽油机井，其中运行参数没有调整余地的210口，占25.18%，平均系统效率仅为20.7%。

就目前的抽油机举升设备而言，仅仅依靠皮带轮来调整冲速进而实现供排关系的平衡难度较大。

2 现有技术水平与措施

对于抽油机井而言，其常规的抽汲参数调整是通过冲程或冲速的改变来实现的[1]，但是由于受到抽油机本身硬件条件的约束，完全依靠冲程与皮带轮的调整来改善供排关系难度较大，有时甚至无法实现。

生产中所遵循的长冲程、低冲速与适宜泵径的做法，经实践检验有益于抽油机井泵况管理的实际，原则上不主张随意调整冲程。

2.1 利用管理手段调整抽吸参数

对于部分井而言，可以通过管理手段更换皮带轮来调整冲速，但是随着精细管理的逐步深入，能够满足上述条件的井越来越少。

2.2 利用现有的技术手段来实现冲速的调整

2.2.1 改变电动机的转数

1）依靠变频控制柜来改变电动机的电源频率。借助于变频器，利用改变电动机工作电源频率的方法来改变电动机转速；对电动机工作电流进行监测，通过控制实时调整电动机的输出功率，进而达到调整抽油机冲速、合理匹配机采举升能耗的目的。

应用变频控制柜的优势：速度调整范围较大、操作方便；根据需要来调整电动机的输出功率，进而达到举升能耗的合理匹配。应用变频控制柜的不足是设备维修难度大，低速运转时电动机的噪声大。

2）依靠双速或多速电动机来改变抽油机的冲速。通过双速或多速电动机在不同的速度下工作就可直接改变抽油机的冲速。目前在机采举升中普遍应用的是双速双功率电动机。

应用双速双功率电动机的优势是操作简单、方便管理；由于匹配相对合理，具有较好的节能效果。应用双速双功率电动机的不足是设备一次性投入较大，冲速可调整的范围相对较小。

2.2.2 依靠机械减速装置来实现降参

若是仅考虑降低冲速，可以使用机械减速装置。目前在油田常见的机械减速装置（应用到抽油机井上）主要有3种：

1）过渡轮。依靠一组皮带轮的传动比来降低冲速。过渡轮的结构简单、成本低廉，但其转速调整范围较小、使用寿命相对较短。

2）双联齿轮节能减速机。在电动机的前端增加一个齿轮减速箱，来达到降低电动机转速的目的。双联齿轮节能减速机的结构紧凑，安装方便，价格适中，但其电动机的散热效果相对较差。

3）R系列减速机。R系列减速机为国内外普遍应用的一种常规系列减速机，具有维护方便、使用寿命长的优势。

依靠机械减速装置来实现降参的做法目前在国内油田已较为普遍，但其在喇、萨、杏油田的现场使用中暴露出了影响热洗清蜡效果的问题。

综上所述，从适当控制机采节能成本的角度出发，确定使用智能化多功能调速装置，来达到调整部分抽油机井供排关系与合理控制其举升能耗的目的。

3 智能化多功能调速装置

智能化多功能调速装置（图1），实质为抽油机井专用的智能调速节能控制箱，其核心部件为矢量变频器。

3.1 装置的工作原理

该装置通过电流互感器实时监测电动机负载的变化情况，并将检测到的信息及时反馈到控制中心（相当于单片机），来间接判断抽油泵的工况，由事先植入的运动控制程序（或设定的参数）依据反馈信息对矢量变频器发出频率、电压变化指令，以达到调整冲速和输出功率，确保抽油泵在较佳工况下运行，合理控制能耗的目的。

图1 抽油机多功能调速装置

依据矢量变频器的工作特性，即：与工频相比其频率降低时输出为恒定扭矩，频率升高时为恒功率。依据能量守恒原理不难看出，智能化多功能调速装置节能的实质为降低冲速运行，若将冲速上调（该装置具备该功能）则能耗增加。

3.2 装置特性

1）可实现常规Y系列电动机的软启、软停。

2）在降低冲速条件下运行时，可达到电动机负载与抽油机负载间的尽量匹配，减少了能源浪费，具有一定的节能效果。

3）通过电流互感器实时监测电动机负载的变化情况，动态调整抽油机的工作冲速，从而确保抽油泵在较佳工况下运行。

4）依据抽油机井的实际设定控制中心的工作参数（现场录入），适用范围相对较广。

5）借助于上、下死点的位置传感器，可以选择控制变频调速，实现上、下冲程中的冲速不同。

6）保留了过、欠载，短路，缺项及自启等基本的控制功能。

3.3 应用情况

统计结果显示，目前累计应用智能化多功能调速装置346台，平均单井有功节电率为8.7%，累计节电120.37×104kWh，见表2。

表2 智能化多功能调速装置的节能效果统计

4 结论

1）在实际生产过程中，针对抽油机供排关系不合理问题，建议先以管理手段进行调整。

2）抽油机供排关系调整的最终目标是抽油机井合理节能运行，产量也能达到最大化。

3）智能化多功能调速装置可实现不停机人工连续调冲速，满足各种产量油井的供排协调需求，达到节能、方便生产的目的。

[1]陈涛平,胡靖邦.石油工程[M].北京:石油工业出版社,2007(1):286-291.