电动机变频调速装置技术参数的优化

姚智博（辽河油田公司质量节能管理部）

目前，大部分油田开发属于中后期阶段，油井供液变化大，受抽油设备单一性影响，需要定期改变抽油机工作参数，不仅现场操作复杂、频繁，而且成本较高。使用电动机变频调速装置可以动态改变抽油机的冲速，根据抽油机井的产液量大小和沉没度的高低优选抽汲参数[1]，有效解决了这一生产难题。

1 变频调速装置的主要特点

变频调速装置能够实现电动机的无级调速，连续改变抽油机冲速，满足油井各阶段生产要求的同时节约了大量的电能；变频调速装置具有超强的制动功率，可以为抽油机电动机的再生能量提供安全可靠的制动能力；具有超宽的温度适用范围和野外防雨雪、防风砂能力，在野外-30～50 ℃的恶劣环境中能稳定运行；过载能力为额定电流的180%，能适应抽油机井况变化而引起电动机负载的突发变故[2]。

2 电动机合理运行频率研究

油井的工况千差万别，应根据抽油机的产液量大小和沉没度的高低优选工作参数，动态调节抽油机电动机运行频率，使抽油机井始终在合理的沉没度下工作[3]。

从冷43 块选取了同为45 kW 电动机的6 口抽油机井进行试验，如油井参数有变化，随时监测功图和液面。

2.1 现场试验选井

初期阶段，根据6 口抽油机井的产液能力把电动机的运行频率调到适合各井的运行范围，6 口井的基础数据，见表1、图1。

5 d 为一试验周期，根据运行频率和抽油机井的各项基础数据，同时依据试验情况对比的数据，在原频率上各井上下微调频率，摸索最佳的生产参数，见表2。

根据6 口井的产液、沉没度和耗电的变化，进行频率调整，逐步摸索较为合理的生产参数。

2.2 现场试验过程

从6 口井的产液变化情况分析，其中104-566井运行频率从34.7 Hz 逐步提高至45 Hz，产液量也从22.63 t/d 逐步上升至26.15 t/d，每天增加了3.52 t产液量。从每个周期监测液面情况看，沉没度稳定在900 m 左右，在调到45 Hz 时，产液量为26.15 t，微调增加运行频率，但产量并无明显增加。又把频率下调至40 Hz，降低了5 Hz，冲速2.6 min-1，产液量由26.15 t/d 降至25.68 t/d，只减少了0.53 t，液量一直稳定在25 t/d，含水为91%。说明40 Hz 是本井的最佳运行参数。

其中88-554 井，第一周期产液量为6.2 t/d，运行频率为45.2 Hz，沉没度持续下降至120 m 左右，由于本井动液面持续下降，把运行频率下调至35 Hz，冲速1.9 min-1，监测液面后，沉没度稳定在120 m左右，产液量稳定在5 t/d 左右。本井虽然从6.2 t/d降至5 t/d，但动液面初期却持续下降，后期下调频率幅度达10 Hz，但产液量能够稳定在5 t/d，认为本井是在最佳状态下生产。

表1 试验井的基础数据

表2 6 口试验井的频率与产液量的对应情况

图1 产液量对比柱状图

2.3 现场试验结果

通过4 个周期的运行调整，6 口抽油机井运行频率控制在35 Hz 至40 Hz 之间，各油井的动液面都可以在一段时间内维持在一定范围内，保障了油井的连续稳产和抽油机井设备的稳定运行。冷43-104-566 井平均增油2.4 t/d， 冷43-98-662 井平增油1.35 t/d，2 口井增油效果明显。冷43-98-564 井和冷43-86-560 井经过摸索，与试验的最高运行频率下调2 Hz 至5 Hz 产液量也能维持稳产，达到了节能效果。冷43-94-560 井和冷43-88-554 井由于沉没度较低，运行频率调整到35 Hz，保障了动液面的稳定，虽然产量还是稳产阶段，但还需要持续跟踪监测，动态控制生产参数。

3 运行频率的调整对耗电量的影响

以前，抽油机井调整冲速是靠更换电动机皮带轮的方式来调整，安装变频装置后，冲速调整只需要调节电动机的转速，就可收到较好的效果。在试验的6 口抽油机井，其中104-556 井和98-662 井安装有电度表，在调整这2 口井的频率时，录取了电度表的底数，并做了单井的吨液耗电对比，见图2。

图2 单井的吨液耗电对比

如图2 所示，104-566 井第四周期频率是40 Hz时，吨液耗电为9.34 kWh/t，与试验最高峰时的吨液耗电10.32 kWh/t 降低了0.98 kWh/t。98-662 井第四周期频率是42 Hz时，吨液耗电为29.87 kWh/t，与试验最高峰时的吨液耗电31.02 kWh/t 降低了1.15 kWh/t。从节能效果看，2 口井第四周期运行的参数已在最佳的经济状态下运行。

4 抽油机泵效的前后对比

由于采用变频技术的抽油机井，可以动态调整抽油机冲速，试验的6 口抽油机井的冲速都控制在1.7～2.7 min-1范围内。随着冲速的降低，增加了油层液体向泵筒内流动的时间，泵筒充满程度增加，提高了油井的泵效，增加了油井的产量。在试验中，计算了不同周期的泵效，并做了对比，见图3。

在4 个运行周期中，从最后确定的运行参数上看，6 口井中的5 口井泵效的效果都比较好，只是98-564 井泵效比较低，测试功图上显示泵固定阀微漏，影响了泵效。

图3 试验井泵效对比

5 认识

1）安装了变频调速装置的抽油机井，可根据油井的供液情况，连续、任意调整抽油机的冲速，使现场对冲速调整简单化，同时保障油井处于抽汲平衡，达到最佳工作状态。

2）节电增油效果显著，只要摸索出适合抽油机井的运行频率，就能达到较好节电效果。从试验的2 口井（104-556 和98-662）上看，平均降低了1 kWh/t。同时通过冲速的调整，改善了抽油泵的供液能力，提高了泵效，达到了增油的目的。

3）摸索适合的运行频率，是一项长期、动态的采油生产管理的基础工作，必须经过反复试验，随时掌握油井的各项运行参数，才能在不同阶段摸索出抽油机井在最佳的经济状态、最优的运行参数下生产。

[1]王凤山,朱君,王素玲,等.抽油机井杆柱振动载荷有限元分析[J].大庆石油地质与开发,2006,25(1):85-87.

[2]赵来军,倪振文,余国安,等.抽油机偏偏控制技术[J].钻采工艺,2002,22(6):61-63.

[3]陈东辉,周胜龙.抽油机变频装置合理沉没度摸索试验及增产节能效果分析[J].大庆石油地质与开发,2006,24:61-63.