[提要]：本文主要介紹變頻器在油田的重要生產(chǎn)設(shè)備之一－游梁式抽油機(jī)節(jié)能改造的應(yīng)用，通過(guò)分析設(shè)備和工藝對(duì)節(jié)能和提高工藝水平做了說(shuō)明,，并對(duì)改造方案和應(yīng)用中應(yīng)該注意的問(wèn)題做了簡(jiǎn)單介紹。
[關(guān)鍵詞]：交流變頻技術(shù) 普傳變頻器 游梁式抽油機(jī) 沖程
　　 前言
我國(guó)的油田多為低滲透的低能,、低產(chǎn)油田,，不像中東的油田那樣具有很強(qiáng)的自噴能力，大部分油田要靠注水壓油入井,，再靠抽油機(jī)把油從地層中提升上來(lái),。以水換油、以電換油是我國(guó)油田的現(xiàn)實(shí),，電費(fèi)在我國(guó)的石油開采成本中占了很大比例,。因此，石油行業(yè)十分重視節(jié)約電能,。
在我國(guó)的石油開采中,，機(jī)械采油井占絕大多數(shù)，其中有桿采油（有桿抽油井）占總機(jī)械采油的90%以上,。全國(guó)產(chǎn)油量70%以上靠有桿抽油機(jī)來(lái)完成,。其能耗已占油田能耗的三分之一。全國(guó)每年耗電約四十二億人民幣,。由于各油田每年要有幾千口新井投入生產(chǎn),，　連同原有設(shè)備更新，每年要新增幾千臺(tái)抽油機(jī),。抽油機(jī)在我國(guó)石油開采有重要的地位,。
目前，在油田采用的抽油設(shè)備中,，以游梁式抽油機(jī)最為普遍,，數(shù)量也最多。2003年,，勝利油田某采油廠采用普傳變頻器對(duì)抽油機(jī)實(shí)施改造油井泵效率顯著提高,，日均增油2噸，節(jié)電率達(dá)到30％以上,，下面簡(jiǎn)單介紹節(jié)能改造的原理和操作方案,。
游梁式抽油機(jī)工作原理
　　它的動(dòng)作原理是由交流電動(dòng)機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)拖動(dòng)抽油泵,，沿著重力作用方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而把原油從數(shù)百至數(shù)千米的井下抽到地面,。分析其負(fù)載特性可知其慣量較大,，而不同的油井的粘度大小又很不同，當(dāng)油的粘度較大時(shí),，泵的效率也變低,，往往啟動(dòng)也很困難。該負(fù)載又是周期負(fù)載,，上升,、下降行程負(fù)載性質(zhì)亦不同，下降時(shí)尚帶有位勢(shì)負(fù)載性質(zhì),。為適應(yīng)這些復(fù)雜的工況,，抽油機(jī)的配置及其實(shí)際工作狀態(tài)往往只能是大馬拉小車。游梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)為反復(fù)上下提升,，一個(gè)沖程提升一次,，其動(dòng)力來(lái)自電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的兩個(gè)重量相當(dāng)大的鋼質(zhì)滑塊，當(dāng)滑塊提升時(shí),，類似杠桿作用,，將采油機(jī)桿送入井中；滑塊下降時(shí),，采油桿提出帶油至井口，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定,，滑塊下降過(guò)程中,，負(fù)荷減輕，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)產(chǎn)生的能量無(wú)法被負(fù)載吸引,，勢(shì)必會(huì)尋找能量消耗的渠道,，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，將多余能量反饋到電網(wǎng),，引起主回路母線電壓升高,，勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致電網(wǎng)供電質(zhì)量下降,，功率因數(shù)降低的危險(xiǎn),；頻繁的高壓沖擊會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，造成生產(chǎn)效率降低,、維護(hù)量加大,，極不利于抽油設(shè)備的節(jié)能降耗，給企業(yè)造成較大經(jīng)濟(jì)損失,。游梁式抽油機(jī)引入兩個(gè)大質(zhì)量的鋼質(zhì)滑塊,，導(dǎo)致抽油機(jī)的起動(dòng)沖擊大等諸多問(wèn)題,。
　　除上述兩方面問(wèn)題外，油田采油的特殊地理環(huán)境決定了采油設(shè)備有其獨(dú)特的運(yùn)行特點(diǎn)：在油井開采前期儲(chǔ)油量大,，供液足,，為提高功效可采用工頻運(yùn)行，保證較高產(chǎn)油量,；在中后期,，由于石油儲(chǔ)量減少，易造成供液不足,，電動(dòng)機(jī)若仍工頻運(yùn)行,，勢(shì)必浪費(fèi)電能，造成不必要損耗,，這時(shí)須考慮實(shí)際工作情況,，適當(dāng)降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少?zèng)_程,，有效提高充盈率,。
　　目前，對(duì)游梁式抽油機(jī)的交流變頻調(diào)速技術(shù)改造主要有以下兩個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：
　?。?）提高電網(wǎng)質(zhì)量,，減小對(duì)電網(wǎng)影響。這主要集中在供電企業(yè)對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合,，為避免電網(wǎng)質(zhì)量的下降,，需引入變頻控制，其主要目的就是減小抽油機(jī)工作過(guò)程對(duì)電網(wǎng)的影響,。
　?。?）節(jié)能。一方面,，油田抽油機(jī)為克服大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,，采用的電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際所需功率，工作時(shí)電動(dòng)機(jī)利用率一般為20%～30%,，最高不會(huì)超過(guò) 50%,，電動(dòng)機(jī)常處于輕載狀態(tài)，造成資源浪費(fèi),。另一方面,，抽油機(jī)工作情況的連續(xù)變化，取決于地下的狀態(tài),，若始終處于工頻運(yùn)行,，也會(huì)造成電能浪費(fèi)。為了節(jié)能，提高電動(dòng)機(jī)工作效率,，需進(jìn)行變頻改造,。
節(jié)能改造的實(shí)施方案
（一）、簡(jiǎn)單降速方式：直接加裝變頻器并將電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率降下來(lái),，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速,，增加每個(gè)沖程的時(shí)間，達(dá)到節(jié)能效果,。實(shí)際應(yīng)用中能達(dá)到15％－30％的節(jié)電效果,。
（二）、變化沖程方式：經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)井況和油水比例,，根據(jù)游梁式抽油機(jī)的運(yùn)行特性,，對(duì)每個(gè)沖程中下降和提升設(shè)置不同的頻率，隨時(shí)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,，抽油桿慢速下降快速提升,，不僅達(dá)到節(jié)電效果，而且能夠有效地調(diào)整油水比例,，提高產(chǎn)量,。實(shí)際應(yīng)用中對(duì)近40臺(tái)改造后的游梁式抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，較工頻運(yùn)行時(shí)平均節(jié)電38％,，如果再計(jì)算產(chǎn)油量的提高,，綜合效益非常可觀,。
實(shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法
在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)了許多問(wèn)題,，主要集中在游梁式抽油機(jī)發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生能量的處理上。對(duì)于上述第一種情況,，采用普通變頻器加能耗制動(dòng)單元可較方便實(shí)現(xiàn),，這是以多耗電能為代價(jià)的，主要因?yàn)榘l(fā)電能量不能回饋電網(wǎng)造成,。在未采用變頻器時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí),，從電網(wǎng)吸收電能,；電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，釋放能量,，電能直接回饋電網(wǎng)的,，并未在本地設(shè)備上耗費(fèi)掉。綜合表現(xiàn)為抽油機(jī)供電系統(tǒng)的功率因數(shù)較低,，對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量影響較大,。但在使用普通變頻器時(shí)，情況發(fā)生了變化,。普通變頻器輸入是二極管整流,，能量不可反方向流動(dòng),。上述這部分電能沒(méi)有流回電網(wǎng)的通路，須用電阻就地消耗,，這是必須使用能耗制動(dòng)單元的原因,。
使用環(huán)境對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的影響不容忽視，變頻調(diào)速系統(tǒng)安裝位置大多數(shù)是野外的抽油機(jī)附近,，降雨,、結(jié)露、潮濕,、冰凍,、灰塵、昆蟲,、小動(dòng)物都會(huì)對(duì)變頻器造成嚴(yán)重?fù)p害,，同時(shí)還要防盜。這些情況要在安裝之初就充分解決,，目前大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)采用的辦法是雙層,、防水防塵配電柜來(lái)解決上述問(wèn)題。這樣基本上能解決野外作業(yè)的環(huán)境影響,，但是同時(shí)造成散熱不良的問(wèn)題,，為保證正常工作，需要在變頻器容量的選擇上充分考慮,。
電網(wǎng)質(zhì)量對(duì)變頻器的影響也很大,，游梁式抽油機(jī)的供電線路較遠(yuǎn)，電網(wǎng)容易產(chǎn)生波動(dòng),，很多對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定要求高的變頻器會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)電壓或者欠電壓保護(hù),，因?yàn)槠諅髯冾l器具備適應(yīng)電網(wǎng)波動(dòng)較大場(chǎng)合使用的特性，所以應(yīng)用普傳變頻器以來(lái),，雖然電網(wǎng)有較大波動(dòng)（310V――430V）之間,，一直能夠正常運(yùn)行。
野外安裝,，防雷擊也是重要方面,，在安裝時(shí)要注意設(shè)置避雷裝置。

[結(jié)論]：變頻技術(shù)因其節(jié)能,、利于提高工藝水平,、方便構(gòu)成自控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，在各個(gè)行業(yè)得到越來(lái)越過(guò)廣泛的應(yīng)用,。應(yīng)用變頻調(diào)速是企業(yè)提高工藝水平,、節(jié)能挖潛、增加效益的重要途徑，今后必將得到更廣泛的應(yīng)用,，為企業(yè)創(chuàng)造巨大的效益,。