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電器技術(shù)問題解答 => 節(jié)能降耗技術(shù)在潛油電泵井的應(yīng)用

發(fā)布日期：[2017-12-21] 共閱[5357]次

化學(xué)工程與裝備節(jié)能降耗技術(shù)在潛油電泵井的應(yīng)用仇維章靳玉權(quán)
2（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江大慶163257）能技
術(shù)，以提高電泵井的排量效率和系統(tǒng)效率，為實(shí)現(xiàn)潛油電泵井整
體節(jié)能降耗提供技術(shù)保障。
　　1問題的提出潛油電泵作為一種產(chǎn)液量高、排量效率高、檢泵
周期長、方便管理的機(jī)械采油方式，在油田得到廣泛地應(yīng)用。但
電泵設(shè)計(jì)配置與生產(chǎn)動態(tài)變化間存在不協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)，一是電泵機(jī)組
設(shè)計(jì)揚(yáng)程單一，出廠設(shè)計(jì)揚(yáng)程均為1000m；二是目前電泵井井下配
套電動機(jī)為異步潛油電動機(jī)，功率因數(shù)小于0.8，導(dǎo)致無功功率
大，能耗損失高；三是隨著潛油電泵井供排關(guān)系的變化，電泵井
的排量與油井供液能力不相匹配，經(jīng)常出現(xiàn)欠載或過載停機(jī)等現(xiàn)
象，致使機(jī)組損壞。為了解決上述問題，現(xiàn)場優(yōu)化潛油電泵井參
數(shù)，應(yīng)用減級泵、自動補(bǔ)償控制技術(shù)、永磁同步電動機(jī)技術(shù)、電
泵變頻調(diào)速技術(shù)，以及推廣應(yīng)用成熟管理技術(shù)，強(qiáng)化電泵井的日
常管理，改善工作狀況，提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行能力，實(shí)現(xiàn)電泵井節(jié)能降
耗的目的。
　　2自動補(bǔ)償控制柜技術(shù)潛油電泵井自動補(bǔ)償控制柜技術(shù)是針對
目前電泵井電網(wǎng)系統(tǒng)功率因數(shù)偏低，消耗無用功過高而研制的。
其原理是利用電容與潛油電動機(jī)對電壓超前和滯后的特性，在變
壓器輸出側(cè)安裝補(bǔ)償器，補(bǔ)償6kV側(cè)電壓與電流過大的相位角，即
功率因數(shù)，降低電網(wǎng)消耗的無用功，達(dá)到節(jié)能的目的。
　　機(jī)采井工作時(shí)的電能能耗主要是電動機(jī)做功實(shí)際消耗的電能
和電流通過導(dǎo)線傳輸時(shí)的線路損耗（P=3I2R），簡稱線損。線損
又由有功電流和無功電流組成。電動機(jī)消耗的電能不能減少，否
則會影響其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而線路損耗中的無功電流卻可以通過一定
的方法，使其降低到最低程度，使傳輸回路上只剩下有功電流的
線路損耗。
　　自動補(bǔ)償控制柜的自動補(bǔ)償控制器是采用TI公司的混合信號
處理器（MSP）技術(shù)，具有集成度高、測量精度高、處理速度快、
功耗低等特點(diǎn)，可保證系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。它采用數(shù)字
信號處理算法和模型識別與預(yù)估分析算法，確保采用最優(yōu)化的電
容投切方案，自動識別故障（過壓、元件損壞等）并報(bào)警。并且
采用監(jiān)控三相電壓和三相電流，保證測量和控制的準(zhǔn)確性和可靠
性，能夠真正實(shí)現(xiàn)長時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
　　自動補(bǔ)償控制柜主要是提高機(jī)采井的功率因數(shù)，最大限度地
將無功電流降低到最低程度，使無功線損降低到接近為3永磁同步
電動機(jī)技術(shù)永磁同步電動機(jī)與異步電動機(jī)相比，減少了定子電流
和定子電阻損耗，使其效率比同規(guī)格的電動機(jī)提高2%8%.永磁同步
電動機(jī)具有功率因數(shù)高、體積小、重量輕等特點(diǎn)，有利于改善電
網(wǎng)供電狀況，是一種技術(shù)較成熟、工藝較穩(wěn)定的節(jié)能產(chǎn)品。
　　永磁同步電動機(jī)的功率因數(shù)達(dá)到0.95，比異步電動機(jī)的功率
因數(shù)（0.80）高0.15，其效率為85%，比異步電動機(jī)的效率
（80%）高5%，且轉(zhuǎn)速恒定。電動機(jī)的輸入功率降低，可降低電動
機(jī)無功功率，取得良好的節(jié)電效果。該電動機(jī)具備自啟動能力，
適用于90C以下井溫的環(huán)境要求。
　　4變頻調(diào)速電泵機(jī)組合理的排量效率應(yīng)為80%120%.三次采油技
術(shù)的應(yīng)用，電泵井產(chǎn)液量有較大的階段性變化，導(dǎo)致電泵機(jī)組某
一段時(shí)間內(nèi)在極不合理狀態(tài)下運(yùn)行，嚴(yán)重影響機(jī)組壽命。同時(shí)，
僅依靠油嘴調(diào)整產(chǎn)液，滿足不了油井產(chǎn)液量變化的需要，更換電
泵機(jī)組投入費(fèi)用又比較高。因此，為了延長潛油電泵井的檢泵周
期，保證正常生產(chǎn)，可采用變頻調(diào)速技術(shù)。
　　潛油電泵變頻調(diào)速技術(shù)是運(yùn)用變頻控制屏和普通的潛油電泵
機(jī)組配套調(diào)速的工藝技術(shù)，通過變頻控制屏內(nèi)的變頻系統(tǒng)和微機(jī)
控制系統(tǒng)，進(jìn)行自動跟蹤改變電源頻率，從而改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)
速，調(diào)節(jié)多級離心泵的排量，使?jié)撚碗姳玫奶匦院陀途a(chǎn)能力
相匹配、電泵機(jī)組在最佳工作區(qū)內(nèi)工作，達(dá)到減少機(jī)械及電氣故
障、延長電泵井壽命、增產(chǎn)及節(jié)能的目的。變頻器頻率調(diào)節(jié)范圍
通常為3060Hz，能使電泵額定排量范圍擴(kuò)展到30%120%，擴(kuò)大了潛
油電泵的合理排量范圍。
　　電泵變頻調(diào)速技術(shù)主要有高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)與中壓變頻驅(qū)動
系統(tǒng)。高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)的變頻器采用高-低-高結(jié)構(gòu)，即以低壓
變頻器，配以升、降壓變壓器和輸入、輸出濾波器直接集成高壓
變頻系統(tǒng)。高壓變頻系統(tǒng)采用的濾波器和變壓器都是針對具體應(yīng)
用專門設(shè)計(jì)的，可有效地解決高次諧波長線傳輸?shù)膯栴}。加配降
壓及升壓變壓器，一次性生產(chǎn)投入成本有所下降。在中壓范圍
（三相交流1300V，內(nèi)實(shí)現(xiàn)頻率的可調(diào)，中壓變頻器通過改變頻
率，部分電泵井不僅提高液量和油量，而且保證電泵井在合理的
范圍內(nèi)運(yùn)行。
　　電泵變頻調(diào)速技術(shù)具有軟啟動功能、穩(wěn)壓保護(hù)功能、軟失速
功能和控制功能。變頻器隨著頻率的逐級遞增，緩慢、平穩(wěn)地啟
動電動機(jī)；變頻器可自動控制輸向電動機(jī)的端電壓，如發(fā)生過電
壓，變頻器可自動穩(wěn)壓處理，發(fā)生欠電壓，變頻器可自動降頻處
理；變頻器可控制機(jī)組轉(zhuǎn)矩不超過額定水平，并且可在變頻器上
進(jìn)行反轉(zhuǎn)電動機(jī)操作，確保機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　控制功能包括手動控制、轉(zhuǎn)矩電流控制和間歇控制。手動控
制是指在地面上可手動控制變頻器輸出頻率范圍，轉(zhuǎn)矩電流控制
是指可以控制電泵井液面；間歇控制是指對液面較深、供液能力
差的井，利用高、低頻供電自動循環(huán)方式給電動機(jī)供電。
　　5變軟啟停裝置潛油電泵機(jī)組隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增加，機(jī)組絕緣
隨之下降。低絕緣狀態(tài)下電泵機(jī)組的啟停操作是造成機(jī)組損壞的
關(guān)鍵環(huán)節(jié)。電泵井在生產(chǎn)過程中，由于欠過載停機(jī)、停電、線路
檢修、測試及其它地面故障等原因不可避免地需要停機(jī)和啟機(jī)操
作。電泵機(jī)組在全壓啟動時(shí)，啟動電流為額定電流的48倍，沖擊
電流會造成電動機(jī)局部溫升過大，加之電泵機(jī)組結(jié)構(gòu)的特殊性、
工作環(huán)境和散熱條件的限制，高電流的啟動，嚴(yán)重影響電泵機(jī)組
在井下的運(yùn)行壽命。同時(shí)產(chǎn)生較大的瞬時(shí)沖擊轉(zhuǎn)矩，容易對井下
機(jī)組造成破壞。電泵機(jī)組在全壓下停機(jī)時(shí)，電動機(jī)線圈內(nèi)部將產(chǎn)
生34倍的操作過電壓，對電泵機(jī)組的絕緣也會造成嚴(yán)重的破壞。
　　電泵井軟啟停裝置是通過單片機(jī)控制系統(tǒng)，對可控硅導(dǎo)通角
進(jìn)行智能控制，來實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟停過程中對電壓的控制。
　　在電泵井啟動前設(shè)定啟動時(shí)間，使電動機(jī)工作電壓由0無級連
續(xù)升至機(jī)組額定電壓值，減少啟動瞬間電流對機(jī)組和電纜絕緣的
沖擊；當(dāng)啟動結(jié)束時(shí)，旁通開關(guān)自動吸合，機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在停
機(jī)過程中，通過調(diào)整停機(jī)時(shí)間實(shí)現(xiàn)軟停功能，電動機(jī)工作電壓由
額定值無級連續(xù)降到0，避免停機(jī)過程中電壓對電動機(jī)及電纜絕緣
造成的損壞。軟啟動器作為新一代電氣控制設(shè)備，主要采用電子
控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電泵軟啟、軟停、保護(hù)、監(jiān)測等功能，有效地降
低啟動沖擊電流和停機(jī)操作過電壓。
　　6其它措施潛油電泵井的節(jié)能降耗，除了采取以上的技術(shù)措施
外，還要在技術(shù)管理、生產(chǎn)管理等方面采取措施。例如，在曰常
生產(chǎn)中，要搞好供排關(guān)系的協(xié)調(diào)，使?jié)撚碗姳门帕刻匦耘c油井的
供液能力相匹配，或采取油井轉(zhuǎn)注，關(guān)高含水井等措施調(diào)整平面
矛盾；還要加強(qiáng)電泵井的動態(tài)管理，根據(jù)油井的產(chǎn)液、壓力、液
面、電流、電壓等參數(shù)的變化，采用“隨變隨調(diào)”，及時(shí)改變電
泵井的生產(chǎn)參數(shù)，減少故障停機(jī)，提高電泵井的運(yùn)行效率。
　　7取得認(rèn)識三潛油電泵具有其它舉升方式無法比擬的技術(shù)優(yōu)
勢，但能耗高及檢泵費(fèi)用高依然制約著潛油電泵井的發(fā)展。采取
優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)、自動補(bǔ)償控制柜技術(shù)、永磁同步電動機(jī)技
術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)等電泵節(jié)能降耗技術(shù)，解決電泵揚(yáng)程偏大、機(jī)
組故障頻繁發(fā)生、功率因數(shù)低、運(yùn)行效率低等問題，可提高潛油
電泵井的適應(yīng)能力，進(jìn)一步拓展?jié)撚碗姳镁膽?yīng)用空間。


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