节能降耗技术在潜油电泵井的应用-电器技术问题解答-天津奥特泵业有限责任公司

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电器技术问题解答 => 节能降耗技术在潜油电泵井的应用

发布日期：[2017-12-21] 共阅[4316]次

化学工程与装备节能降耗技术在潜油电泵井的应用仇维章靳玉权
2（大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江大庆163257）能技
术，以提高电泵井的排量效率和系统效率，为实现潜油电泵井整
体节能降耗提供技术保障。
　　1问题的提出潜油电泵作为一种产液量高、排量效率高、检泵
周期长、方便管理的机械采油方式，在油田得到广泛地应用。但
电泵设计配置与生产动态变化间存在不协调环节，一是电泵机组
设计扬程单一，出厂设计扬程均为1000m；二是目前电泵井井下配
套电动机为异步潜油电动机，功率因数小于0.8，导致无功功率
大，能耗损失高；三是随着潜油电泵井供排关系的变化，电泵井
的排量与油井供液能力不相匹配，经常出现欠载或过载停机等现
象，致使机组损坏。为了解决上述问题，现场优化潜油电泵井参
数，应用减级泵、自动补偿控制技术、永磁同步电动机技术、电
泵变频调速技术，以及推广应用成熟管理技术，强化电泵井的日
常管理，改善工作状况，提高经济运行能力，实现电泵井节能降
耗的目的。
　　2自动补偿控制柜技术潜油电泵井自动补偿控制柜技术是针对
目前电泵井电网系统功率因数偏低，消耗无用功过高而研制的。
其原理是利用电容与潜油电动机对电压超前和滞后的特性，在变
压器输出侧安装补偿器，补偿6kV侧电压与电流过大的相位角，即
功率因数，降低电网消耗的无用功，达到节能的目的。
　　机采井工作时的电能能耗主要是电动机做功实际消耗的电能
和电流通过导线传输时的线路损耗（P=3I2R），简称线损。线损
又由有功电流和无功电流组成。电动机消耗的电能不能减少，否
则会影响其正常运转。而线路损耗中的无功电流却可以通过一定
的方法，使其降低到最低程度，使传输回路上只剩下有功电流的
线路损耗。
　　自动补偿控制柜的自动补偿控制器是采用TI公司的混合信号
处理器（MSP）技术，具有集成度高、测量精度高、处理速度快、
功耗低等特点，可保证系统的可靠性和抗干扰能力。它采用数字
信号处理算法和模型识别与预估分析算法，确保采用最优化的电
容投切方案，自动识别故障（过压、元件损坏等）并报警。并且
采用监控三相电压和三相电流，保证测量和控制的准确性和可靠
性，能够真正实现长时间连续稳定运行。
　　自动补偿控制柜主要是提高机采井的功率因数，最大限度地
将无功电流降低到最低程度，使无功线损降低到接近为3永磁同步
电动机技术永磁同步电动机与异步电动机相比，减少了定子电流
和定子电阻损耗，使其效率比同规格的电动机提高2%8%.永磁同步
电动机具有功率因数高、体积小、重量轻等特点，有利于改善电
网供电状况，是一种技术较成熟、工艺较稳定的节能产品。
　　永磁同步电动机的功率因数达到0.95，比异步电动机的功率
因数（0.80）高0.15，其效率为85%，比异步电动机的效率
（80%）高5%，且转速恒定。电动机的输入功率降低，可降低电动
机无功功率，取得良好的节电效果。该电动机具备自启动能力，
适用于90C以下井温的环境要求。
　　4变频调速电泵机组合理的排量效率应为80%120%.三次采油技
术的应用，电泵井产液量有较大的阶段性变化，导致电泵机组某
一段时间内在极不合理状态下运行，严重影响机组寿命。同时，
仅依靠油嘴调整产液，满足不了油井产液量变化的需要，更换电
泵机组投入费用又比较高。因此，为了延长潜油电泵井的检泵周
期，保证正常生产，可采用变频调速技术。
　　潜油电泵变频调速技术是运用变频控制屏和普通的潜油电泵
机组配套调速的工艺技术，通过变频控制屏内的变频系统和微机
控制系统，进行自动跟踪改变电源频率，从而改变电动机的转
速，调节多级离心泵的排量，使潜油电泵的特性和油井生产能力
相匹配、电泵机组在最佳工作区内工作，达到减少机械及电气故
障、延长电泵井寿命、增产及节能的目的。变频器频率调节范围
通常为3060Hz，能使电泵额定排量范围扩展到30%120%，扩大了潜
油电泵的合理排量范围。
　　电泵变频调速技术主要有高压变频驱动系统与中压变频驱动
系统。高压变频驱动系统的变频器采用高-低-高结构，即以低压
变频器，配以升、降压变压器和输入、输出滤波器直接集成高压
变频系统。高压变频系统采用的滤波器和变压器都是针对具体应
用专门设计的，可有效地解决高次谐波长线传输的问题。加配降
压及升压变压器，一次性生产投入成本有所下降。在中压范围
（三相交流1300V，内实现频率的可调，中压变频器通过改变频
率，部分电泵井不仅提高液量和油量，而且保证电泵井在合理的
范围内运行。
　　电泵变频调速技术具有软启动功能、稳压保护功能、软失速
功能和控制功能。变频器随着频率的逐级递增，缓慢、平稳地启
动电动机；变频器可自动控制输向电动机的端电压，如发生过电
压，变频器可自动稳压处理，发生欠电压，变频器可自动降频处
理；变频器可控制机组转矩不超过额定水平，并且可在变频器上
进行反转电动机操作，确保机组正常运转。
　　控制功能包括手动控制、转矩电流控制和间歇控制。手动控
制是指在地面上可手动控制变频器输出频率范围，转矩电流控制
是指可以控制电泵井液面；间歇控制是指对液面较深、供液能力
差的井，利用高、低频供电自动循环方式给电动机供电。
　　5变软启停装置潜油电泵机组随着运转时间的增加，机组绝缘
随之下降。低绝缘状态下电泵机组的启停操作是造成机组损坏的
关键环节。电泵井在生产过程中，由于欠过载停机、停电、线路
检修、测试及其它地面故障等原因不可避免地需要停机和启机操
作。电泵机组在全压启动时，启动电流为额定电流的48倍，冲击
电流会造成电动机局部温升过大，加之电泵机组结构的特殊性、
工作环境和散热条件的限制，高电流的启动，严重影响电泵机组
在井下的运行寿命。同时产生较大的瞬时冲击转矩，容易对井下
机组造成破坏。电泵机组在全压下停机时，电动机线圈内部将产
生34倍的操作过电压，对电泵机组的绝缘也会造成严重的破坏。
　　电泵井软启停装置是通过单片机控制系统，对可控硅导通角
进行智能控制，来实现机组启停过程中对电压的控制。
　　在电泵井启动前设定启动时间，使电动机工作电压由0无级连
续升至机组额定电压值，减少启动瞬间电流对机组和电缆绝缘的
冲击；当启动结束时，旁通开关自动吸合，机组正常运转。在停
机过程中，通过调整停机时间实现软停功能，电动机工作电压由
额定值无级连续降到0，避免停机过程中电压对电动机及电缆绝缘
造成的损坏。软启动器作为新一代电气控制设备，主要采用电子
控制技术，实现电泵软启、软停、保护、监测等功能，有效地降
低启动冲击电流和停机操作过电压。
　　6其它措施潜油电泵井的节能降耗，除了采取以上的技术措施
外，还要在技术管理、生产管理等方面采取措施。例如，在曰常
生产中，要搞好供排关系的协调，使潜油电泵排量特性与油井的
供液能力相匹配，或采取油井转注，关高含水井等措施调整平面
矛盾；还要加强电泵井的动态管理，根据油井的产液、压力、液
面、电流、电压等参数的变化，采用“随变随调”，及时改变电
泵井的生产参数，减少故障停机，提高电泵井的运行效率。
　　7取得认识三潜油电泵具有其它举升方式无法比拟的技术优
势，但能耗高及检泵费用高依然制约着潜油电泵井的发展。采取
优化参数设计技术、自动补偿控制柜技术、永磁同步电动机技
术、变频调速技术等电泵节能降耗技术，解决电泵扬程偏大、机
组故障频繁发生、功率因数低、运行效率低等问题，可提高潜油
电泵井的适应能力，进一步拓展潜油电泵井的应用空间。


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