【摘 要】 变频器自20世纪80年代在中国推出以后，在国民经济和日常生活中发挥着日益重要作用，已经被广泛的应用于企业的工业生产以及人们的日常生活中。变频器广泛应用，主要得益于其优良的节能特性和调速特性。中国产值能耗是世界上最高的国家之一。要解决产品能耗问题，除其它相关的技术问题需要改进外，变频调速已成为节能及提高产品质量的有效措施。油田作为一个特殊行业，有其独特的背景，在油田中的以抽油机、泵类负载为主，因而决定了变频器在油田中的应用应以节能为第一目标。
　　【关键词】 变频技术；油田注水；泵控制
　　一、油田注水开发现状
　　油田开发过程中地层能量不断衰减，常用注水方式以保持地层能量，进行油田开发。一方面，注水压力的高低是决定油田合理开发和地面管线及设备的重要参数。考虑到后期开发注水井的增多，注水工艺设计和机电设备配置都比实际宽裕，加之地质情况的变化，开关井数的增减，洗井及供水不足的影响，经常引起注水压力的波动，注水量不均匀，不稳定。注水压力低，注水量满足不了油田开发的需要，必然会造成油层压力下降；注水压力过高，浪费动力，也造成超注，导致水淹，水窜；注水压力控制难度大，也给油田生产和管理带来诸多不便，因而要求油田注水压力恒定。另一方面，由于储油地层的压力及油气水分布不断在发生变化，其数值很难准确预测和控制，考虑到油田开发中的需要，在工艺和机电设备的配置上都按照油田最大可能的需求来设计，这一点在注水系统的设计当中显得尤为突出。油田注水设备多采用高压柱塞泵匹配大功率电机，大功率系统运行常是“大马拉小车”，效率低下。为了达到平稳注水，压力靠泵出口闸门手动控制，即靠改变管网特性曲线来调节泵的排量，泵、电机匹配难以达到在泵的最佳工况点运行，管网效率低，电能损失高达50%以上。正是从恒压注水和节能的两个方面考虑，在注水系统中引入变频控制。
　　二、变频技术的优点
　　通过流体力学的基本定律可知：泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。通过上述分析可以知道，通过改变电动机转速可方便地改变水的流量，保证水压恒定；通过改变电动机转速，在降低水流量的同时，可有效降低系统的电能损耗。
　　通过变频改造的注水系统具有如下优点：
　　（1）实现了电机软起动
　　由于电机为直接启动或Y/Δ启动，启动电流等于（3-7）倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对设备的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始作缓慢加速起动，可减少机泵因突然高速起动所带来的影响，减少了直接起动时起动电流对电网的冲击。，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和模具的使用寿命。
　　（2）动态功率因数补偿节能
　　无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是因为功率因数的降低导致电网有功功率的降低。由公式S’=p’+Q’，Q=S*SINΦ，P=S*COSΦ，其中：S-视在功率，Q-无功功率，P-有功功率，COSΦ-功率因数。可知，当COSΦ越大，有功功率P越大。普通注水泵COSΦ值在0.6-0.8之间，而使用变频调速节能控制装置后，由于变频器内滤波电容的作用，使得COSΦ≈1，从而减小了无功损耗，增大了电网的有功功率，改善了电机电源质量，电机的功率与实际负荷相匹配，系统达到节能运行的目的。
　　（3）实现了压力自动控制，被调节量得到更平稳的调节，增强了系统的稳定性和可靠性。
　　目前变频调速技术在注水系统中，主要应用在供水水源井电潜泵、注水站注水泵、配水间增压泵工艺中。应用变频调速技术，对注水设备的电机转速进行调节，达到稳压、稳流供注水。同时软起软停的功能代替了减压启动，使电机起停平稳，减少了对电网和机械设备的冲击，不会造成管网压力、流量、流速的剧烈变化，不需要阀门截流，可以延长管网、泵、阀门的维修周期和使用寿命。在这个领域的应用技术已经比较成熟。
　　三、实际应用效果
　　1、通过变频技术直接节电
　　我区Q5#站泵理论排量为240方，实际日注135方，利用率只有56.2%（如上表），另外一泵拖四口水井，因各井配注、井筒压力的不同，需要小班利用泵的旁通手动控制泵压，各井日注量靠注水闸门的调整来控制，不但增加了小班的工作量，还造成大量的电能损失（日均耗电1450度），控制难度较大。08年3月与供电联系协调变频器一台，通过变频器的使用，目前日均耗电650度，频率为31.5HZ，各井注水闸门一次调整好后，只要调整变频器的频率就可以达到日配量，使用效果非常理想。
　　2、使用变频调速器，消除注水泵回流
　　当增注泵的实际排量大于配注量时，通过调整增注泵旁通闸门即调整回流量来实现平稳注水，而打回流时泵出口增压过的水量中有一部分水没有注到注水井内，直接返回到常压系统，这部分回流量是对电能的浪费，回流量越大，电量浪费越多，注水标准单耗越低。使用变频调速器时，通过调整交流电的频率调整增注泵电机转速实现增注泵排量的调整，达到增注泵排量与配注量匹配，旁通关死，回流量为零，消除了打回流对注水标准单耗的影响。油藏经营管理五区积极推广变频调速器，目前共应用6台，日节电达2470kW·h。
　　变频调速器应用情况统计表
　　四、总结
　　变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术，其应用已经渗透到石油行业的各个技术部门。在油田注水和油气集输中的应用，其应用技术已经成熟，应用也十分普遍。只有充分考虑油田水井的实际情况，才能促进变频技术在注水设备中的应用。变频调速技术在油田中的应用应该集中解决以下两个方面的问题：
　　（1）解决变频控制成本较高的问题。与一般控制柜相比，变频控制的成本太高，因而必须提高相关产品的配套能力，在保证可靠性的前提下降低成本。
　　（2）数量太少。目前许多泵有潜力，因变频器数量受限无法使用。