螺杆泵井变频调速装置在油田的应用效果

童安伦（中油吉林化建工程有限公司）

螺杆泵井变频调速装置在油田的应用效果

童安伦（中油吉林化建工程有限公司）

随着油田的开发，石油开采成本越来越高，其中电能消耗比重很大，为了节约能源、减少消耗，许多节能降技术在油田应用。其中螺杆泵井应用变频控制装置是改进抽油机系统的一个重要措施。为评价应用变频控制装置的节能效果，在现场进行变频前、后期对比试验，经实际测试，与普通螺杆泵井相比，平均提高有功节电率8.08%、无功节电率48.29%、综合节电率10.11%，平均每台设备年节电7 550.4 kWh，节能潜力巨大。

螺杆泵井；节能技术；变频控制

随着石油的逐年开采，许多区块采出液已经是高含水，导致油田开采成本提高。因此提高能源利用效率，切实降低能源消耗变得十分迫切[1]。而螺杆泵井在油田应用数量多，是石油开采的重要耗能设备之一，本文对螺杆泵井应用变频控制装置的前期和后期进行了监测和分析。

1 螺杆泵井的工作特性

螺杆泵井作为无杆采油设备，十九世纪八十年代开始在国内油田应用。其在陆上油田以及海上采油平台中具有独特的优势，适合高含沙、高含气等情况[1]。螺杆泵井避免了抽油机井的抽油杆脱落以及光杆偏磨等问题，而且具有泵效高等优点，已成为非常有潜力的采油设备。现有螺杆泵的驱动方式多为电动机加减速驱动装置，具有不利于维护、使用寿命短等缺点[2-3]。

螺杆泵采油工作时，由动力设备带动驱动头、抽油杆柱旋转，螺杆泵转子也跟着转动，通过螺杆泵下部吸入地层采液，经上端排出，实现增压目的，采液沿油管柱流动。螺杆泵采油方法简单实用，现场使用时井下无需装泄油装置。抽油杆柱下入、起出的时候，螺杆泵转子也随着运动，螺杆泵转子如与定子脱离，油套管之间便连通，可以起到泄油的作用。在现场生产过程中也可测量动液面，采油成本较低，是油田常用的采油方法[4]。

螺杆泵井工作过程中，可能会出现油井参数不明确、排量变化快等情况，这时需要调整螺杆泵的扬程等参数。而且随着油田的开采，动液面下降，供液与产出不平衡，出现“低负荷”现象，造成系统效率低，造成能源损耗[5-6]。在这种情况下，现场采取了很多技术措施，其中最常用的是螺杆泵井应用变频控制装置，调整排量、扬程，避免载荷过低现象，提高节电率。

2 变频控制装置的工作特性

螺杆泵变频控制装置包括螺杆泵、传感器、数据采集器、调节器、变频器、主控电路、辅助电路等组成。其工作原理如图1所示。

图1 螺杆泵变频自动控制原理

螺杆泵变频技术关键参数：软停时间、扭矩值、转速等。通过使用变频控制装置能耗，实现节能目的。其降低能耗措施如下：

1）改变电源频率，调节电动机转速，以满足实际工作需要。

2）改变电动机输入端电压，使工作电压范围合理。

3）采用软启功能，提高设备使用寿命。

4）提高功率因数，降低无功损耗。

某螺杆泵井分别在工况下的工频启动与使用变频控制装置后的启动电流对比如图2，其动液面为200 m（其他工况类似）。

表1 螺杆泵井应用变频装置测试效果

图2 启动电流对比

由图3可知螺杆泵井工频启动初期电流较大，电流最大值约为平时6至7倍，电流过高容易烧坏设备，而应用变频控制装置后启动电流减小，称之为软启，软启减少了对设备的损害，对设备起到保护作用，延长了设备使用寿命，降低了设备维修、更换费用。

3 螺杆泵井变频控制装置现场应用效果

为了分析螺杆泵井应用变频控制装置后的现场效果，对某采油厂6口螺杆泵井分别安装了型号为SPF37kW的变频控制装置，采用测试仪器为型号3169精确度±1.0%的电力分析仪，测试标准为SY/T 6422—2016《石油企业用节能产品节能效果测定》。测试节能效果如表1。

由表1可以看出，安装前平均功率因数为0.492，安装后平均功率因数为0.708。变频控制装置后安装后有功单耗、无功单耗均有下降。平均有功节电率8.08%；平均无功节电率48.29%；平均综合节电率10.11%。螺杆泵井应用变频控制装置后，有功节电率、无功节电率、综合节电率均得到提高。按每年工作330个工作日计算，螺杆泵井应用变频控制装置后，平均每台设备年节电7 550.4 kWh，降低能耗效果明显。

4 结论

通过理论与实践，对现场螺杆泵井安装变频控制装置应用效果分析，得到以下结论：

1）变频控制装置操作方便、使用安全，维护费用少，具有一定的节能优势。

2）具有软起功能，延长设备使用寿命，降低了设备维修、更换费用。

3）提高功率因数，降低无功损耗。

4）有功节电率、无功节电率、综合节电率均有提高，节电效果明显。

[1]杨荣光，杨富辉.油田抽油机节能方式综述及其解决方案[J].科技创新导报，2014，6（18）：38.

[2]A.Trzynadlowski.Review and Comparative Study of Control Techniques for Three-phase PWM Rectifiers[J].Mathematics and Computers in Simulation，2003（6）：349-361．

[3]万邦烈.苏联电动潜油单螺杆泵的发展和应用[J].世界石油科学，1988（3）：89-96.

[4]张连山.螺杆泵采油系统技术发展现状与动向研究[J].石油机械，1994，22（1）：46-50.

[5]张连山，赵谪斗.地面驱动单螺杆泵使用中出现的问题及失效形式[J].石油机械，1992，20（4）：34-37.

[6]张建伟.井下采油单螺杆泵的现状及发展[J].石油机械，2000，28（8）：56-58.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.05.011

2017-03-28

（编辑 庄景春）

童安伦，2011年毕业于长春理工大学（电气工程及其自动化专业），从事电气技术管理及工程造价方面工作，E-mail：jcctonganlun@cnpc.com.cn，地址：吉林省吉林市龙潭区遵义东路31号中油吉林化建工程有限公司，132021。