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【摘要】潜油电泵采油技术在油田二次开发时应用广泛，特别适用于油田开发中后期的高含水油井，具有采油作业占地面积小、施工操作简单、排液量大、采油效率高等优点，在国内外油田都得到广泛应用。根据潜油电泵应用中的难题展开分析潜油电泵配备变频调速装置的必要性，介绍了变频调速技术的工作原理和应用特点，分析潜油电泵系统变频调速技术在油田应用的优点，此技术对提高油田采油质量和产量，减少现场维护费用，降低原油开采成本，节约能源以及提高油田综合经济效益，促进和推广相关产业的发展，具有十分重要的意义。
【关键词】潜油电泵；变频调速；节能；应用
石油行业发展进步越来越快，对采油速度和最终采收率的要求也在不断提高，油田开发的机械采油方法也越来越先进，潜油电泵采油技术在油田二次开发时应用广泛，特别适用于油田开发中后期的高含水油井，具有采油作业占地面积小、施工操作简单、排液量大、采油效率高等优点，在国内外油田都得到广泛应用。潜油电泵井在大庆油田机械采油中也发挥出重要作用，目前我国从国外引起先进的潜油电泵技术并应用到现场，已经逐渐形成了设计、制造、创新、应用等完备的潜油电泵体系。一般情况下，潜油电泵系统工作转速恒定，通过闸阀人工调节泵的排量，但是这样会增加管路的损失，并且可调范围很小，当某些特定情况下，如油井产液过程中，油井参数不明确时，排量下降快，就需要调整潜油电泵的排量和扬程，为避免更换整套潜油电泵，花费高昂的费用，在潜油电泵系统中加入变频装置，就可以解决这个难题，无需更换机组就可以调整排量和扬程，可以大大节省作业费用，提高经济效益。
1、变频调速技术在油田应用的必要性
潜油电泵使用的电动机额定电压一般为660V～2000V的三相异步电動机，额定功率通常在37kw～75kw，工作的环境是高温高压、强腐蚀等恶劣条件，一般在地下1km～3km的井底作业，运行的成本很高，潜油电泵电动机在运行时通常存在以下问题：第一，电动机直接启动时冲击电流大，分布电感使系统内反压过高，容易造成系统多处绝缘损伤，使电动机潜油电缆频繁发生故障；第二，是由于井下压力不同，油层深浅不同，采用工频运行方式时，不能有效控制采油速度，使得采油质量难以控制，有时采油含水量过大，甚至伴有泥砂抽出，造成电泵砂卡损坏故障；第三，是由于电泵设计余量偏大，尤其是井下液量不足时，泵产生的油压过高，使泵的使用寿命缩短，增加了维修费用；第四，是由于油田电网地处电网末端，电压不稳，造成潜油电泵损坏现象时有发生；第五，是油田潜油电泵是油田生产的主要高能耗设备之一，平均单井日耗电量超2000KWh。潜油电泵作为油田深井抽油机的动力，无论出自于工艺的要求，还是节电的需要，使用变频调速技术驱动，不仅可以解决上述问题，还可以有效地扩大潜油电泵的适用范围，很大程度上提高潜油电泵的适应性能，还可以节省作业花费。在变频调速时，潜油电泵不产生节流损耗，潜油电泵的变频控制方式采用的恒压频比控制，近似恒磁通控制，在恒压频比的情况下，电动机能始终工作在稳定区域内。因此，提出了变频调速技术在油田潜油电泵中的应用是非常有必要的。
2、潜油电泵系统变频调速技术的应用原理
潜油电泵是油井井下工作的多级离心泵，是一种较新的机械采油设备。由于油井较深，为降低线路压降，将电动机设计为660V级或1000V级。该电压属中压范畴，不高也不低。若降低电压，则线路压降太大，电动机低效无法正常工作。若提高电压，线路压降虽小，但供电线路电缆及电动机的绝缘问题突出，故障率高，维护困难，可靠性下降。因此，目前国内大部分油田采用的是660V级或1140V级潜油电泵。对于泵挂深度少于1000m的油井多采用660V级的潜油电泵；对于泵挂深度在1000m～2000m之间的油井多采用1140V级的潜油电泵。随着油井深度的增加，少量深井开始使用2300V的潜油电泵。潜油电泵配电控制箱中压变频器采用二极管箝位三电平变频控制调速技术。
三电平变频调速控制系统按功能分为4个主要部分：即控制监测部分、频率生成部分、电压波形数据存储部分和变换输出部分。控制监测部分由核心单片机构成；频率生成部分主要由定时器、计数器和锁相环节组成；电压波形数据存储部分主要由随机存储器（ROM）、地址锁存和数据分配环节组成。其工作原理为：在程序控制下，根据系统实际运行情况，由单片机计算出当前最优的频率和电压参数（由U/f决定），实时地给定定时器定值和数ROM页地址，以定时器的输出频率为节拍，按顺序逐个送出ROM中数据去控制每个绝缘栅双级型晶体管（IGBT）开关，达到控制输出电平的目的。同时，单片机通过对各前向通道采样接收从传感器反馈回的信号（包括电流、电压和负载变化），实时地对系统的运行方式进行控制和对运行状态进行监测（主要是故障的诊断和处理），做到闭环控制。此技术使变频器的输出波形更接近正弦波，解决了因器件换流造成的电动机绝缘损伤，减少了轴电压对电动机轴承的腐蚀以及传导干扰、辐射干扰等问题，降低了漏电流及电动机噪音。
3、变频调速技术的应用特点
采用变频器可以使潜油电泵电机实现软启动，通过平滑的方式带动电机运转，可以有效的减小冲击电流，避免电动机绝缘损伤。采用变频器技术具有很好的节能效果，无论是小负载还是大负载情况下均能实现较高的功率因数，通过调节频率改变油压，防止潜油电泵长期处于高压状态，根据油井自身情况调节出油量，让油井处于最佳的工作状态；实现微电脑智能化控制，无需人工调整即可实现自动适应。自动跟随，温度闭环系统，通过自动化控制实现最佳状态；变频技术用在富油油井能明显增加采油产量，用在贫油油井可连续生产，减少停井次数，实现节能增产的目的；对含砂量高的油井，变频调速技术应用可减少卡泵次数，反转排砂，延长电泵的寿命；对于含气油井可提高转速减少气锁现象；对于含蜡油井，可减少结蜡、结垢而降低管路堵塞次数；对于稠油油井，可低速大功率运行，减少停井次数并获得可观的节能效果；变频调速驱动技术可以减缓电动机的发热现象，有利于运动部件磨损现象的改善，提高电动机的使用寿命；变频器运行稳定可靠，控制系统具有欠载保护功能，大大提高了油泵和电动机工作寿命，适合油田生产推广使用。
4、结语
综合分析可见，油田潜油电泵系统中配备变频调速装置，可以有效扩大潜油电泵的使用范围，大大提高潜油电泵的适应性能，具有显著的节能降耗特点，增加了石油开采企业的经济效益。通过在油田推广应用的实践证明，潜油电泵采用变频调速技术，对提高油田采油质量和产量，减少现场维护费用，降低原油开采成本，节约能源以及提高油田综合经济效益，促进和推广相关产业的发展，具有十分重要的意义。
参考文献
[1]邢厚伟，张春轶，王东.潜油电泵高低高变频控制系统的应用[J].机械，2011.S1
[2]杨松山，王则宾.潜油电泵变频调速系统[J].油气田地面工程，2005.4
[3]孟祥丹.变频调速在潜油电泵中的应用[J].油气田地面工程，2014.7
【关键词】潜油电泵；变频调速；节能；应用
石油行业发展进步越来越快，对采油速度和最终采收率的要求也在不断提高，油田开发的机械采油方法也越来越先进，潜油电泵采油技术在油田二次开发时应用广泛，特别适用于油田开发中后期的高含水油井，具有采油作业占地面积小、施工操作简单、排液量大、采油效率高等优点，在国内外油田都得到广泛应用。潜油电泵井在大庆油田机械采油中也发挥出重要作用，目前我国从国外引起先进的潜油电泵技术并应用到现场，已经逐渐形成了设计、制造、创新、应用等完备的潜油电泵体系。一般情况下，潜油电泵系统工作转速恒定，通过闸阀人工调节泵的排量，但是这样会增加管路的损失，并且可调范围很小，当某些特定情况下，如油井产液过程中，油井参数不明确时，排量下降快，就需要调整潜油电泵的排量和扬程，为避免更换整套潜油电泵，花费高昂的费用，在潜油电泵系统中加入变频装置，就可以解决这个难题，无需更换机组就可以调整排量和扬程，可以大大节省作业费用，提高经济效益。
1、变频调速技术在油田应用的必要性
潜油电泵使用的电动机额定电压一般为660V～2000V的三相异步电動机，额定功率通常在37kw～75kw，工作的环境是高温高压、强腐蚀等恶劣条件，一般在地下1km～3km的井底作业，运行的成本很高，潜油电泵电动机在运行时通常存在以下问题：第一，电动机直接启动时冲击电流大，分布电感使系统内反压过高，容易造成系统多处绝缘损伤，使电动机潜油电缆频繁发生故障；第二，是由于井下压力不同，油层深浅不同，采用工频运行方式时，不能有效控制采油速度，使得采油质量难以控制，有时采油含水量过大，甚至伴有泥砂抽出，造成电泵砂卡损坏故障；第三，是由于电泵设计余量偏大，尤其是井下液量不足时，泵产生的油压过高，使泵的使用寿命缩短，增加了维修费用；第四，是由于油田电网地处电网末端，电压不稳，造成潜油电泵损坏现象时有发生；第五，是油田潜油电泵是油田生产的主要高能耗设备之一，平均单井日耗电量超2000KWh。潜油电泵作为油田深井抽油机的动力，无论出自于工艺的要求，还是节电的需要，使用变频调速技术驱动，不仅可以解决上述问题，还可以有效地扩大潜油电泵的适用范围，很大程度上提高潜油电泵的适应性能，还可以节省作业花费。在变频调速时，潜油电泵不产生节流损耗，潜油电泵的变频控制方式采用的恒压频比控制，近似恒磁通控制，在恒压频比的情况下，电动机能始终工作在稳定区域内。因此，提出了变频调速技术在油田潜油电泵中的应用是非常有必要的。
2、潜油电泵系统变频调速技术的应用原理
潜油电泵是油井井下工作的多级离心泵，是一种较新的机械采油设备。由于油井较深，为降低线路压降，将电动机设计为660V级或1000V级。该电压属中压范畴，不高也不低。若降低电压，则线路压降太大，电动机低效无法正常工作。若提高电压，线路压降虽小，但供电线路电缆及电动机的绝缘问题突出，故障率高，维护困难，可靠性下降。因此，目前国内大部分油田采用的是660V级或1140V级潜油电泵。对于泵挂深度少于1000m的油井多采用660V级的潜油电泵；对于泵挂深度在1000m～2000m之间的油井多采用1140V级的潜油电泵。随着油井深度的增加，少量深井开始使用2300V的潜油电泵。潜油电泵配电控制箱中压变频器采用二极管箝位三电平变频控制调速技术。
三电平变频调速控制系统按功能分为4个主要部分：即控制监测部分、频率生成部分、电压波形数据存储部分和变换输出部分。控制监测部分由核心单片机构成；频率生成部分主要由定时器、计数器和锁相环节组成；电压波形数据存储部分主要由随机存储器（ROM）、地址锁存和数据分配环节组成。其工作原理为：在程序控制下，根据系统实际运行情况，由单片机计算出当前最优的频率和电压参数（由U/f决定），实时地给定定时器定值和数ROM页地址，以定时器的输出频率为节拍，按顺序逐个送出ROM中数据去控制每个绝缘栅双级型晶体管（IGBT）开关，达到控制输出电平的目的。同时，单片机通过对各前向通道采样接收从传感器反馈回的信号（包括电流、电压和负载变化），实时地对系统的运行方式进行控制和对运行状态进行监测（主要是故障的诊断和处理），做到闭环控制。此技术使变频器的输出波形更接近正弦波，解决了因器件换流造成的电动机绝缘损伤，减少了轴电压对电动机轴承的腐蚀以及传导干扰、辐射干扰等问题，降低了漏电流及电动机噪音。
3、变频调速技术的应用特点
采用变频器可以使潜油电泵电机实现软启动，通过平滑的方式带动电机运转，可以有效的减小冲击电流，避免电动机绝缘损伤。采用变频器技术具有很好的节能效果，无论是小负载还是大负载情况下均能实现较高的功率因数，通过调节频率改变油压，防止潜油电泵长期处于高压状态，根据油井自身情况调节出油量，让油井处于最佳的工作状态；实现微电脑智能化控制，无需人工调整即可实现自动适应。自动跟随，温度闭环系统，通过自动化控制实现最佳状态；变频技术用在富油油井能明显增加采油产量，用在贫油油井可连续生产，减少停井次数，实现节能增产的目的；对含砂量高的油井，变频调速技术应用可减少卡泵次数，反转排砂，延长电泵的寿命；对于含气油井可提高转速减少气锁现象；对于含蜡油井，可减少结蜡、结垢而降低管路堵塞次数；对于稠油油井，可低速大功率运行，减少停井次数并获得可观的节能效果；变频调速驱动技术可以减缓电动机的发热现象，有利于运动部件磨损现象的改善，提高电动机的使用寿命；变频器运行稳定可靠，控制系统具有欠载保护功能，大大提高了油泵和电动机工作寿命，适合油田生产推广使用。
4、结语
综合分析可见，油田潜油电泵系统中配备变频调速装置，可以有效扩大潜油电泵的使用范围，大大提高潜油电泵的适应性能，具有显著的节能降耗特点，增加了石油开采企业的经济效益。通过在油田推广应用的实践证明，潜油电泵采用变频调速技术，对提高油田采油质量和产量，减少现场维护费用，降低原油开采成本，节约能源以及提高油田综合经济效益，促进和推广相关产业的发展，具有十分重要的意义。
参考文献
[1]邢厚伟，张春轶，王东.潜油电泵高低高变频控制系统的应用[J].机械，2011.S1
[2]杨松山，王则宾.潜油电泵变频调速系统[J].油气田地面工程，2005.4
[3]孟祥丹.变频调速在潜油电泵中的应用[J].油气田地面工程，2014.7