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[摘 要]随着人们对节能工作重视程度的不断提高，变频器在油田开发中得到了广泛的应用。变频器在机采井中的应用，不但可以实现节能降耗的目的，还可以使技术人员方便的调节抽油机的冲次，从而选择更合理的抽汲参数。本文以我矿近年来应用的变频设备为例，对变频设备在机采井中的应用效果进行分析，希望对之后的变频设备的应用有所帮助。
[关键词]变频 节能 抽油机
中图分类号：TE933 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0332-02
1.引言
我矿所开发的区块，储层物性差，单井日产量低。在油井投产时，为满足抽油机启动时的需要，通常选用大功率的电机，然而在抽油机正常运行时，运行功率远小于额定功率，产生了“大马拉小车的现象”。随着油田开发时间的推移，油井产量不断递减，导致大部分油井的供液能力与抽汲参数不相匹配，增加了无功损耗，降低了系统效率。变频器的应用，使我们的技术人员可以根据油井的产液情况和实际需求适时合理的调节抽汲参数，从而降低能耗，并实现精细化管理。
2.变频器的工作原理
根据电动机的工作原理，我们可以得知其转速公式如下：
从公式（1）我们可以看出，电机的转速与供电频率近似成正比，改变频率可以平滑地调节电机转速，从而可以连续地改变电机的抽油速度。我们应用的变频控制器，其输出频率可以在0-400Hz之间任意调节，即我们可以在很广的范围内调节抽油机的冲次。考虑到高频对电机轴承及绕组的影响，以及油井的实际情况，我们一般在低于工频（50Hz）的频率范围内进行调节，可以实现在1-6次/分钟的范围内对抽油机冲次的无极调节。
3.变频器的主要功能
随着技术的进步，现在的变频控制器大都已经与其它控制技术相结合，使得多种节能技术融为一体。目前我们所说的伺服控制器，就是以变频器为基础结合微电脑控制部件制作的。在此，我以2012年底我矿应用的伺服器为例，介绍其功能。
3.1 无极调节抽油机冲次
伺服控制系统通过实时检测功图，根据抽油机负载的变化，自动跟踪调参，冲次从1次/分至6次/分任意可调。
3.2 软启动功能
伺服控制器具有软启动、软停机功能，减少了对电网的冲击，延长设备使用寿命及维修周期。
3.3 电容补偿
伺服控制器在主回路滤波电路中安装大容量电容，能够降低无功功率，提高功率因数。
3.4 实现工况相同条件下的节能
伺服驱动器通过电机编码器和电流传感器反馈信号，合理输出电机扭矩，降低电机的铜损和铁损，从而实现了在工况相同情况下的节能。
3.5 调整上下冲程速度
伺服控制器对于低产井、偏磨井、井身质量问题引起频繁检泵的井及高产井，可以实现快上慢下、慢上快下、慢上慢下等功能。
在伺服器的上述5个功能中，前3个是变频器本身可以实现的，后面2个是通过变频器结合微电脑控制技术实现的。
4.现场应用情况及效果分析
2012年底，我矿优选了20口参数偏大问题突出的井进行了变频节电器的应用试验。下面我主要从节能方面和对产量的影响两个方面分析变频节电器的应用效果。
4.1 节能效果
节能，是应用变频器的最重要目的。为了落实变频器的节能效果，我们在这20台变频节电器安装前后均进行了系统效率测试，测试结果见表1。从表1我们可以看出，应用变频节电器后：平均冲次由3.85次下调到了2.15次；消耗功率由2.97Kw下降到了2.13Kw，下降了0.84Kw，平均单井日节电20.1Kw.h；功率因数由0.29上升到了0.61，上升了0.32；系统效率由3.21%上升到了5.74%，上升了2.53%。综合这20口井的应用效果，我们可以得出，应用变频器后，有功节电率为28.3%，节能效果良好。
4.2 变频器对产量的影响
我们应用变频器，通过调低冲次来实现了节能的目的，那么冲次的降低会不会影响油井的产量呢？下面我们通过理论分析和现场情况予以说明。
我们知道，计算油井实际产量的公式如下：
通过上式可以根据示功图从理论上计算冲次变化对油井产量的影响。
从示功图上可以得出泵的充满系数，。
4.3 应用变频器合理控制油井流压
我们通过调节抽油机冲次，可以控制油井的流压，从而实现抽油机在较为合理的流压下生产运行。2012年，我们在朝86区块选择了两口井进行了系统试井，通过测试数据与该井的IPR曲线的对比，得出了适合朝86区块的工作参数。系统试井过程中，我们正是通过伺服控制器在1-5次/min之间无极调节抽油机的冲次，并记录油井该冲次下平稳运行时的油压，从而测得油井在不同流压下的生产数据。
4.4 应用变频器提高热洗效果
应用变频器，我们可以在热洗前提高抽油机冲次，将冲次从2-3次/min调至4-5次/min，理论排量将提高1.7-2.5倍。这么做可以达到两个目的：（1）可以将洗井时油管内壁融化的蜡质尽快排出油管，防止由于井液温度降低，蜡质再次结晶，提高热洗效果；（2）缩短含水恢复期和降低洗井队产量的影响。需要注意的是要在油井产液含水恢复正常后及时将频率和冲次调至洗井前的正常值。
4.5 应用变频器调参对偏磨的影响
偏磨检泵，是目前我矿油井检泵的一项重要因素，2012年，我矿有37口井因偏磨检泵，占总检泵井数的47.4%。在不影响油井产量的情况下，降低抽油机冲次是减缓管杆偏磨最直接而有效的途径。例如，我们将抽油机冲次由4次调至2.5次，则可以减少杆与管之间的偏磨次数1.5次/min，理论上可以使管杆的使用寿命延长60%，从而可以有效的减缓管杆偏磨，降低上检率。
5.变频器应用过程中应注意事项
（1）变频器输出频率不宜高过工频。当变频器超过工频运行时，电机的最大输出转矩降低，负载能力下降；工作电流上升，使线圈大量发热；电机轴承负载上升。若电机长时间处于超频运行状态会对电机造成严重的伤害。
（2）抽油机冲次过低，则示功图不易测出。经过我们的现场应用试验，我们发现当抽油机的冲次调到2次/min以下时，较难测出示功图，需要重复测量几次才可能出现完整的图形。
（3）应用变频器调低冲次不适宜稠油井。由于调低冲次后，产出液在油管内的流速降低，增加了蜡质结晶的时间，这会缩短热洗周期，原油含蜡量高、物性差的井蜡卡的机率上升。
6.结论与认识
（1）应用变频节电器的有功节电率为28.3%，单井日节电20.1Kw.h，节能效果显著。
（2）应用变频技术后，可以实现无极调速，方便技术人员合理控制抽汲参数。
（3）应用变频器调低冲次，可以提高供液不足井泵的充满系数，提高泵效，并且产量保持稳定。
（4）应用变频器调低冲次可以减缓管杆的偏磨。
（5）应用变频器可以提高热洗效果。
[关键词]变频 节能 抽油机
中图分类号：TE933 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0332-02
1.引言
我矿所开发的区块，储层物性差，单井日产量低。在油井投产时，为满足抽油机启动时的需要，通常选用大功率的电机，然而在抽油机正常运行时，运行功率远小于额定功率，产生了“大马拉小车的现象”。随着油田开发时间的推移，油井产量不断递减，导致大部分油井的供液能力与抽汲参数不相匹配，增加了无功损耗，降低了系统效率。变频器的应用，使我们的技术人员可以根据油井的产液情况和实际需求适时合理的调节抽汲参数，从而降低能耗，并实现精细化管理。
2.变频器的工作原理
根据电动机的工作原理，我们可以得知其转速公式如下：
从公式（1）我们可以看出，电机的转速与供电频率近似成正比，改变频率可以平滑地调节电机转速，从而可以连续地改变电机的抽油速度。我们应用的变频控制器，其输出频率可以在0-400Hz之间任意调节，即我们可以在很广的范围内调节抽油机的冲次。考虑到高频对电机轴承及绕组的影响，以及油井的实际情况，我们一般在低于工频（50Hz）的频率范围内进行调节，可以实现在1-6次/分钟的范围内对抽油机冲次的无极调节。
3.变频器的主要功能
随着技术的进步，现在的变频控制器大都已经与其它控制技术相结合，使得多种节能技术融为一体。目前我们所说的伺服控制器，就是以变频器为基础结合微电脑控制部件制作的。在此，我以2012年底我矿应用的伺服器为例，介绍其功能。
3.1 无极调节抽油机冲次
伺服控制系统通过实时检测功图，根据抽油机负载的变化，自动跟踪调参，冲次从1次/分至6次/分任意可调。
3.2 软启动功能
伺服控制器具有软启动、软停机功能，减少了对电网的冲击，延长设备使用寿命及维修周期。
3.3 电容补偿
伺服控制器在主回路滤波电路中安装大容量电容，能够降低无功功率，提高功率因数。
3.4 实现工况相同条件下的节能
伺服驱动器通过电机编码器和电流传感器反馈信号，合理输出电机扭矩，降低电机的铜损和铁损，从而实现了在工况相同情况下的节能。
3.5 调整上下冲程速度
伺服控制器对于低产井、偏磨井、井身质量问题引起频繁检泵的井及高产井，可以实现快上慢下、慢上快下、慢上慢下等功能。
在伺服器的上述5个功能中，前3个是变频器本身可以实现的，后面2个是通过变频器结合微电脑控制技术实现的。
4.现场应用情况及效果分析
2012年底，我矿优选了20口参数偏大问题突出的井进行了变频节电器的应用试验。下面我主要从节能方面和对产量的影响两个方面分析变频节电器的应用效果。
4.1 节能效果
节能，是应用变频器的最重要目的。为了落实变频器的节能效果，我们在这20台变频节电器安装前后均进行了系统效率测试，测试结果见表1。从表1我们可以看出，应用变频节电器后：平均冲次由3.85次下调到了2.15次；消耗功率由2.97Kw下降到了2.13Kw，下降了0.84Kw，平均单井日节电20.1Kw.h；功率因数由0.29上升到了0.61，上升了0.32；系统效率由3.21%上升到了5.74%，上升了2.53%。综合这20口井的应用效果，我们可以得出，应用变频器后，有功节电率为28.3%，节能效果良好。
4.2 变频器对产量的影响
我们应用变频器，通过调低冲次来实现了节能的目的，那么冲次的降低会不会影响油井的产量呢？下面我们通过理论分析和现场情况予以说明。
我们知道，计算油井实际产量的公式如下：
通过上式可以根据示功图从理论上计算冲次变化对油井产量的影响。
从示功图上可以得出泵的充满系数，。
4.3 应用变频器合理控制油井流压
我们通过调节抽油机冲次，可以控制油井的流压，从而实现抽油机在较为合理的流压下生产运行。2012年，我们在朝86区块选择了两口井进行了系统试井，通过测试数据与该井的IPR曲线的对比，得出了适合朝86区块的工作参数。系统试井过程中，我们正是通过伺服控制器在1-5次/min之间无极调节抽油机的冲次，并记录油井该冲次下平稳运行时的油压，从而测得油井在不同流压下的生产数据。
4.4 应用变频器提高热洗效果
应用变频器，我们可以在热洗前提高抽油机冲次，将冲次从2-3次/min调至4-5次/min，理论排量将提高1.7-2.5倍。这么做可以达到两个目的：（1）可以将洗井时油管内壁融化的蜡质尽快排出油管，防止由于井液温度降低，蜡质再次结晶，提高热洗效果；（2）缩短含水恢复期和降低洗井队产量的影响。需要注意的是要在油井产液含水恢复正常后及时将频率和冲次调至洗井前的正常值。
4.5 应用变频器调参对偏磨的影响
偏磨检泵，是目前我矿油井检泵的一项重要因素，2012年，我矿有37口井因偏磨检泵，占总检泵井数的47.4%。在不影响油井产量的情况下，降低抽油机冲次是减缓管杆偏磨最直接而有效的途径。例如，我们将抽油机冲次由4次调至2.5次，则可以减少杆与管之间的偏磨次数1.5次/min，理论上可以使管杆的使用寿命延长60%，从而可以有效的减缓管杆偏磨，降低上检率。
5.变频器应用过程中应注意事项
（1）变频器输出频率不宜高过工频。当变频器超过工频运行时，电机的最大输出转矩降低，负载能力下降；工作电流上升，使线圈大量发热；电机轴承负载上升。若电机长时间处于超频运行状态会对电机造成严重的伤害。
（2）抽油机冲次过低，则示功图不易测出。经过我们的现场应用试验，我们发现当抽油机的冲次调到2次/min以下时，较难测出示功图，需要重复测量几次才可能出现完整的图形。
（3）应用变频器调低冲次不适宜稠油井。由于调低冲次后，产出液在油管内的流速降低，增加了蜡质结晶的时间，这会缩短热洗周期，原油含蜡量高、物性差的井蜡卡的机率上升。
6.结论与认识
（1）应用变频节电器的有功节电率为28.3%，单井日节电20.1Kw.h，节能效果显著。
（2）应用变频技术后，可以实现无极调速，方便技术人员合理控制抽汲参数。
（3）应用变频器调低冲次，可以提高供液不足井泵的充满系数，提高泵效，并且产量保持稳定。
（4）应用变频器调低冲次可以减缓管杆的偏磨。
（5）应用变频器可以提高热洗效果。