一、概述 全國各油田的油井，井下的儲油量是發(fā)生變化的。在油量不能使抽油機設(shè)備滿負荷運行時，就必須采用變頻控制，將抽油機的沖次降低，調(diào)整到油量能滿足的速度，使每一口油井都能根據(jù)油量的多少設(shè)定速度。這種方式即減少現(xiàn)在向井下注水的方式，又能使各油井持續(xù)不斷的抽油，即節(jié)約了因注水所耗的電能，又省去因不滿負荷而多耗的電能，可稱為是一種省時省力節(jié)能高效的方式。將大大減少采油成本，是值得推廣的一種方式。 二、市場前景 油田抽油機市場，就大慶油田就有幾萬臺抽油機，遼河油田有幾千臺抽油機，勝利油田有一萬多臺抽油機，還有吉林油田，中原油田，江漢油田，克拉瑪依油田，吐哈油田，長慶油田等，雖然在各油田已經(jīng)配套使用了許多變頻控制，但占總量是很少的，大約只占總量的5%,還有很大一部分沒有安裝變頻控制，各油田每年都在分期分批進行安裝改造，但需要的缺口很大。要實現(xiàn)抽油變頻自動化，就必須分期分批進行落實，大部分的油井都需要變頻控制，市場潛力巨大，采用變頻控制是目前最理想的選擇。而油田的購貨體制是需要供貨商加入油田入網(wǎng)證，這樣就把許多電氣自動化公司拒之門外，使競爭相對減少，真正做油田市場生意的公司有限，因此油田市場利潤比較可觀。而目前全國各大油田采油廠，采用變頻控制的抽油機數(shù)量，隨著采油廠的需要，也正在逐漸增加變頻器的用量，采用最多的有大慶油田，遼河油田，勝利油田等，目前油田采用的變頻器有ABB、西門子、富士、加能IPC、等品牌，柜體型號也各不相同，價格也不盡一致。 三、節(jié)能方式 在分析油田抽油機節(jié)能控制柜節(jié)能方式的時候，首先來看油田抽油機節(jié)能控制形式有哪幾種？因為梁式抽油機的運行狀況并非是恒轉(zhuǎn)速狀態(tài)，其運行狀態(tài)是：上沖程時，電動機是處在耗能狀態(tài)，下沖程時，電動機則處于發(fā)電狀態(tài)，在使用變頻器時，為使變頻器能夠持續(xù)運行，就必須將電動機發(fā)出來的電能釋放掉。第一種方式是外加制動單元和制動電阻，把電能消耗在電阻上；第二種方式是采用回饋制動方式，將電能回饋到原電網(wǎng)。在油田抽油機上選用第二種回饋制動方式，是實現(xiàn)節(jié)能最大化的方式，也是首選方式。 在不影響油井產(chǎn)量的前提下，如何控制和降低開采成本、提高經(jīng)濟效益始終是油田普遍關(guān)心的問題，尤其是中低產(chǎn)井檢泵時間短、耗電量大、機械設(shè)備（抽油機、油管、油桿等）磨損折舊嚴重，導致噸油成本居高不下。利用變頻器加智能控制，可以提高采油系統(tǒng)的效率、降低噸油成本、提高產(chǎn)量，使抽油機的工作參數(shù)更適合地下工況，調(diào)整更方便容易，有效解決起動沖擊大，運行耗電多，大馬拉小車、效率低下等諸多問題。 1、調(diào)參功能 此裝置根據(jù)不同的井況，選擇運行參數(shù)（沖次從1次/分—15次/分）任意可調(diào)、同時可大范圍的單獨調(diào)節(jié)抽油機的上提速度、下放速度，可以實現(xiàn)快提慢放、慢提快放、慢提慢放等功能，有效地降低抽油機的動載荷，提高采油系統(tǒng)的效率。 2、調(diào)速節(jié)能 抽油機屬于泵類負載,其耗電功率P∝N3 ，如果調(diào)整轉(zhuǎn)速N滿足最佳沖次,若轉(zhuǎn)速N為額定轉(zhuǎn)速的一半,則耗電僅為電機額定功率的1/8 ,即抽油機電機額定功率為100KW,則在一半轉(zhuǎn)速時其電機耗電僅為12.5KW,省電87% ,效果驚人。以上是理論計算結(jié)果，以此推論，如果抽油機沖次降低一半則可節(jié)能40%。 3、動態(tài)調(diào)功功能 在抽油機變載的工作狀態(tài)下，控制裝置自動適應(yīng)電機的載荷，自動改變加在電機上的端電壓，保證電機在最小電流和最低電壓即最小功率下運行，如果沖程進行到某一程度出現(xiàn)抽油機帶動電機的情況時，則該系統(tǒng)適時關(guān)閉電機上的端電壓，利用抽油機滑行達到節(jié)能的目的，即調(diào)不調(diào)速都節(jié)能。 4．為了節(jié)約鉆井成本油田開發(fā)中90％以上為定向井，定向井開采過程中雖然采用了油桿扶正器,但采油管拄的磨損仍然是一個相當嚴重的問題，油桿的疲勞也導致4年更換一次抽油桿。以低產(chǎn)井為例，我們把液量在2方以下的井采油沖次從原來的6次降低到3次，產(chǎn)液量不降反增,但是抽油機、油管、油桿的壽命增加一倍,油桿的疲勞壽命也增加一倍，這個數(shù)字是驚人的。以一口1800米的井計算僅此一項每年節(jié)約5.6萬元。 5、軟起動功能 由于電機全電壓啟動時, 啟動電流（3-7）倍于額定電流,因此通常在帶載電機啟動時,會對電機和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖擊,導致對電網(wǎng)容量要求過高,而且啟動時產(chǎn)生的大電流和震動對設(shè)備極為不利,采用變頻控制裝置的零啟動功能（電動機電流從零上升到額定電流）。因此,啟動電流遠遠低于額定電流,實現(xiàn)電機真正意義上的軟啟動,達到了節(jié)能的目的,不但減少了對電網(wǎng)的沖擊,而且能延長設(shè)備使用壽命及維修周期,減少設(shè)備維修費用。 四．工作原理及控制方法 對于中、低粘度原油,高含水量的開采井,抽油機理想工作方式應(yīng)為“慢上快下”、“慢上”有利于提高抽油泵的充滿程度,有利于提高每一沖次的排液量，同時“慢上”能有效減小懸點的附加動載荷，從而減小沖程損失，改善采油設(shè)備的工作條件，延長設(shè)備的使用壽命。“快下”有利于抽油泵固定閥的及時關(guān)閉，提高泵效，節(jié)省時間，提高單位時間的采油量。 對于高產(chǎn)井、高含水井，可把頻率上調(diào)，適當增加沖次，以實現(xiàn)“快上快下”增加產(chǎn)液量30%左右。對于底產(chǎn)井，在現(xiàn)實實驗中發(fā)現(xiàn)如果提高沖次，排液量不增反降，而降低沖次則排液量反而增加20-30%左右，同時節(jié)省了電能，延長了抽油機、油管、油桿的壽命，其經(jīng)濟效益是驚人的?？傊?，對于不同的工況，合理的選取運行參數(shù)，使油井的供采關(guān)系達到平衡，達到增產(chǎn)節(jié)能的目的。 使用變頻控制后，抽油機電動機四象限運行（如發(fā)電狀態(tài)）時吸收回路及放電回路,主要電路原理如圖一所示。 在變頻器中電路引入回饋單元電路。正常工作時回饋單元電路不會工作，在電機處于發(fā)電狀態(tài)使母線電壓升高到一定程度，回饋單元開始工作，通過IGBT三相SVPWM逆變，將直流母線上的再生電能回饋電網(wǎng)。此種設(shè)計更能適合抽油機控制，節(jié)能效果更加明顯，很好地解決了由于抽油機平衡不好時的發(fā)電問題，節(jié)能看得見。 [align=center] 圖一. 主電路原理圖[/align] 五、功能特點 ●具有工頻，變頻手動和自動運行的工作狀態(tài)，可實現(xiàn)無人職守。 ●調(diào)節(jié)沖次，（1～15次/分鐘）可單獨調(diào)節(jié)上下沖程占用時間。 ●低產(chǎn)井在不使油井排液量下降的基礎(chǔ)上，綜合節(jié)電率40%以上。 ●在不擴容電網(wǎng)的情況下，增加裝機容量40%。 ●功率因數(shù)補償功能，功率因數(shù)COS∮＞0.996。 ●具有軟啟動，軟停機功能，減少機械沖擊，大幅度減少啟動電流，有效的延長設(shè)備使用壽命，具有提高功率因數(shù)，降低無功損耗。 ●具有參數(shù)設(shè)定和顯示功能，在變頻調(diào)速狀態(tài)顯示：沖次/分鐘﹑上行程頻率﹑下行程頻率﹑故障代碼等參數(shù)，同時可顯示輸入電壓﹑輸入電流。 ●保護功能齊全，過電壓﹑過電流﹑低電壓﹑過載﹑過熱等智能監(jiān)測。 ●系統(tǒng)可全天候野外工作，設(shè)計有良好的通風散熱﹑防雨﹑防盜﹑故障率低壽命長（十年以上）。 六、經(jīng)濟效益分析： 1、每臺抽油機降耗節(jié)能： 抽油機所按裝的22KW電動機，在不改變工頻狀態(tài)下每日實際耗電22KW×24小時×75%=400度，降低沖次后每臺抽油機節(jié)電40%，每月節(jié)省電費：400度/天×40%×30天×0.71元/度=3408元/月. 2、使用變頻控制后增產(chǎn)增效: 在產(chǎn)量低于3方/天的井降低沖次后產(chǎn)量最少增加15%。以日產(chǎn)兩方的油井計算每月增油產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益為：（注，增產(chǎn)的作用是加強了泵的排液能力作用等同于深抽，對油層的作用為放大生產(chǎn)壓差）。 2方/日×15%×0.85噸/方×2400元/噸×30天=18360元/月 3、使用變頻控制后大幅度降低設(shè)備的折舊速度: 為了節(jié)約鉆井成本油田開發(fā)中90%以上為定向井，定向井開采過程中我們雖然采用了油桿扶正器，但采油管柱的磨損仍然是一個相當嚴重的問題,致使每5年就要更換一次，油管油桿的疲勞也導致至少6年更換一次油桿。 我們把油管油桿的壽命以6年計算，把液量在2方以下的井采油沖次從原來的6次降低到3次，產(chǎn)液量不降反之增加,但抽油機、油管、油桿的壽命增加一倍，油桿的疲勞壽命也增加一倍，這個數(shù)字是驚人的。以一口1800M的油井計算，抽油機、油管、油桿的總投資約為34萬元，其工作壽命由6年增加到12年，也就是說一個設(shè)備變成了兩個設(shè)備，那么每月節(jié)省的設(shè)備折舊費為： 34萬元÷（6年×12月）=4722元/月 4、我們通過改變沖次的辦法，合理調(diào)配井下供采關(guān)系改善泵的工作狀態(tài)，可以有效減少凡爾漏，抽油桿斷脫，卡泵（泵運動速度減慢可緩解拉位，減少了油管桿的磨損，泵被鐵屑卡死的現(xiàn)象也大幅度降低），根據(jù)我們的現(xiàn)場經(jīng)驗可延長檢泵周期一倍，我們以檢泵周期4個月計算，每次檢泵誤產(chǎn)原油3方，為3方×0.85噸/方×2400元/噸=6120元,檢泵費用1.5萬元計算,每月由于延長檢泵增加效益為: （6120元+15000元） ÷4=5280元/月 安裝變頻控制柜后每月的綜合經(jīng)濟效益為以上各項之和: 3408元/月+18360元/月+4722元/月+5280元/月=31770元/月 成本回收期為55000元÷31770元=1.73:也就是說安裝變頻控制器后52天可以收回投資,每年的經(jīng)濟效益31770元/月×12月元=381240元,即38.12萬元,變頻控制器的使用壽命是10年,其經(jīng)濟效益是非常顯著的。 七、主要技術(shù)指標: 八．使用范圍 本裝置系統(tǒng)可用于低產(chǎn)井、控制產(chǎn)量井、井身質(zhì)量問題引起頻繁檢泵的井、高產(chǎn)井上。廣泛安裝在普通游梁式抽油機、雙驢頭抽油機上，只更換原控制柜，對機械設(shè)備不做改動。