浅谈变频调速技术在油田生产中的应用

1、浅谈变频调速技术在油田生产中的应用孙轶闻(中国石油辽河油田公司 辽宁盘锦 124010)摘要：通过变频调速技术的分析对比，阐述变频技术在油田生产中的现状、效果、前景和技术发展趋势，对于技术的普及和推广具有指导和借鉴意义。关键词：变频技术；油井；生产；应用1 变频调速的工作原理变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n =60× f（1-s）p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数），通过改变电动机 TDGC-5K 带电动机 工作电源频率达到改变电机转速的目的；通过改变定子供电频率f，就可以改变电机转数n，变频后的交流电作用于

2、电机，改变电机转数进而改变电机输出功率；在调节过程中，电机转速大部分时间里都低于额定转速，在频率调节范围以及改变频率后电机的特性等方面，都具有明显的优势。流量计在获取流量信号后,送到PID调节器,再由PID送入变频器 ,由变频器输出的信号可以显示在PID面板上,对PID输出进行设定,最终信号去控制电机的转速,既而影响流量,形成了一个闭环控制系统回路。不但控制精度高、运行平稳，节能效果也非常明显。结合PID调节能大大减少电机启动次数。现场调节注聚量只需对PID进行设定，根剧配注方案,对PID输出进行设定只需一个人几分钟就可完成，方便快捷、安全可靠，减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率。采用变频调

3、速技术改变泵 液控阀门校验泵站 的转速来控制现场过程参数，要比采用阀门调节更为节能，设备运行工况也将得到明显改善。闭环控制框图如下：2 变频技术的核心内容及关键技术 2.1新型电力电子器件的应用技术：可关断驱动技术；双PWM逆变技术；循环变流 / 电流型交-直-交（CC / CSI0）变流技术（12脉波变频技术）；同步机交流励磁变速运行技术；软开关PWM变流技术。2.2高压、大电流技术：动态、静态均压技术（6kV、10kV回路中3英寸晶闸管串联，静动态均压系数大于0.9）；均流技术，大功率晶闸管并联的均流技术，均流系数大于0.85）；浪涌吸收技术（10 kV、6kV回路中）；光控及电磁触发技术

4、（电/光，光/电变换技术）；导热与散热技术（主要解决导热及散热性好、电流出力大的技术，如热管散热技术）；高压、大电流系统保护技术（抗大电流电磁力结构、绝缘设计）；等效负载模拟技术。2.3全数字自动化控制技术：参数自设定技术；过程自优化技术；故障自诊断技术；对象自辨识技术。2.4现代控制技术：多变量解耦控制技术；矢量控制和直接力矩控制技术；自适应技术。3 变频调速技术在油田现场应用效果分析3.1 2006年4月辽河油田的某区块建成并投用聚和物驱油系统。注聚系统90%以上的用电量消耗在注聚泵电机上。在设备调试运行期间，对6口井进行了现场测试，在注入压力，注入量都不变的情况下。这6口井用工频运行平均

5、单井有功功率为9.7KW，改为变频运行平均单井有功功率为7.88KW，有功功率降低了1.68KW,平均单井日节电40.09KW.H,节电效果明显。从应用的变频器使用情况分析，平均单井日节电44.06KW.H,全站14台变频器每年可节电23.05万KW/H。电费按0.72元/KW.H计算，全站14台变频器每年可节约电费12.59万元。3.2 注聚泵采用工频运行依靠调节旁通阀门的开度控制泵排量，无法有效地解决注聚泵排量和注聚区块实际需要注入量的矛盾，无法保证注入浓度和实现聚合物溶液的连续注入。将变频调速技术，流量计及PID控制技术结合应用在注聚泵上；实现了自动控制，运行平稳,提高了注入聚合物设计量

6、和注聚区块实际需要量的精确注入计量，保证了聚合物注入浓度和聚合物溶液的连续注入；提高了注聚效率，为降水增产打下了基础。3.3电机直接启动，启动冲击电流大，机械冲击大、电气保护差；这对管路、泵体和阀门的密封性能形成威胁和破坏；影响设备使用寿命，增加了设备的故障率。而变频控制稳定的软起动AJR2 功能降低了电机起动电流，减小了起动冲击电流对供电电网的影响，起到了优化电网的作用。变频器安装使用后它的软起动功能减缓了泵腔、阀体的磨损及泵体、电机等工艺设备因振动而带来的隐患和损耗，延长了设备使用寿命；减少了设备故障停机率。采用变频调速技术设备机械磨损小，噪音明显下降；减少了阀门、泵体、电机等相关设备的维

7、护、修理、更换等工作量，降低了工人的劳动强度。4该系统经过半年多的运行，变频器运行稳定，已有20多口井受益，部分井综合含水下降1%4%，产量有所上升。同时使设备维护、维修费用居高不下，能源浪费和设备损耗等；困扰注聚站节能降耗、降低生产成本的难题得到解决。4变频技术的发展方向4.1实现高水平的控制。基于电动机和机械模型的控制策略，有矢量控制、磁场控制、直接传矩控制和机械扭振补偿等；基于现代理论的控制策略，有滑模变结构技术、模型参考自适应技术、采用微分几何理论的非线性解耦、鲁棒观察器，在某种指标意义下的最优控制技术和其它优化的设计方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神经元网络、专家系统

8、和各种各样的自优化、自诊断技术等。4.2开发清洁电能的变流器。所谓清洁电能变流器是指变流器的功率因数为1，网侧和负载侧有尽可能低的谐波分量，以减少对电网的公害和电动机的转矩脉动。对中小容量变流器，提高开关频率的PWM控制是有效的。对大容量变流器，在常规的开关频率下，可改变电路结构和控制方式，实现清洁电能的变换。4.3缩小装置的尺寸。紧凑型变流器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模块、紧凑型的光耦合器、高频率的开关电源，以及采用新型电工材料制造的小体积变压器、电抗器和电容器。功率器件冷却方式的改变（如水冷、蒸发冷却和热管）对缩小装置的尺寸也很效。4.4高速度的数字控制。以32位高速微处理器为基础的数字控制模板有足够的能力实现各种控制算法，Windows操作系统的引入使得可自由设计，图形编程的控制技术也有很大的发展。4.5模拟与计算机辅助设计（CAD）技术。电机模拟器、负载模拟器以及各种CAD软件的引入对变频器的设计和测试提供了强有力的支持。虽然变频器初次安装费用较高，但是变频调速技术在改善设备运行工况，提高系统的安全性、可靠性、延长设备使用寿命、降低劳动强度、提高工作效率、节能降耗等方面有着很大的潜在的优势。由于油田是较大的能耗单位，因此，随着应用范围的不断扩大，其潜在的综合效益将会得到充分的体现。参考文献1张燕宾.变频调速应用实践.机械工业