变频技术在油田螺杆泵井上的应用

　　关键字 变频调速;控制;螺杆泵;油井

　　0 引言

　　胜利油田孤东采油厂现有油井2 671 口，开井2 100 余口，日产液量12.2 万余t，平均含水94%，年产原油260 多万t，随着油田的深入开发，高品质的整装区块日益衰退，低渗透低效率区块的比例逐渐增加，目前低渗透区块的稠油年产量为98 万t。全厂约有10%的油井存在严重的供液不足，油井液面逐年下降，产液量降低，电耗增加，特别是稠油井更是存在着油井系统效率低，能耗高，开采成本高，能源浪费现象严重等问题。针对油井供液不足、油井液面低、产液量少的问题，国内各油田普遍采用油井螺杆泵采油工艺取代传统的游梁式抽油机生产工艺，但不少油井特别是稠油井仍不能满足螺杆泵抽油装置的生产工艺要求，存在油泵空抽、能耗高的问题，为此，在油田螺杆泵抽油装置上应用变频调速控制技术来优化控制螺杆泵的转速，以保证螺杆泵工作在合适的运行状态，从而确保油井连续抽油，并达到提高油井系统的运行效率，节约电能的目的。

　　1 变频调速工作原理

　　变频器是一种先进的节电设备，其主要工作原理是通过对电源的频率的变化，来改变电机的转速，从而调整电机的输出功率，基本的工作流程信号如图1 所示。变频器应用过程中对信号的工作方式可分开环控制、闭环控制两种，其中开环控制工作原理如图2所示，闭环控制工作原理如图所示。　　

　　在油田螺杆泵井上应用变频调速技术控制方案可以采用开环控制(手动)方式，也可以采用闭环控制(自动)方式，以及采用开环控制与闭环控制相结合的方式，在系统中设置手动和自动切换开关的方法，以满足现场生产工作的需要。

　　2 变频控制现场应用技术方案

　　2.1 开环控制应用技术方案

　　该方案的螺杆泵电动机由变频调速控制柜上的电位器来控制其运行。油井管道上不安装流量，流量检测采用人工定时检测，操作人员根据油井供液情况，通过人工调节5 k赘的电位器来调节变频器的输出频率，控制油井螺杆泵的排量，从而实现油井不间断连续抽油，防止油井螺杆泵空抽，达到节能降耗和油井生产平稳运行的目的。

　　2.2 闭环控制应用技术方案

　　该方案的螺杆泵电动机由变频器根据螺杆泵原油管道的流量来自动控制其运行。螺杆泵油管出口管道上安装带4耀20 mA 模拟信号输出的流量阀，通过它将流量信号传给变频器，变频器把该流量模拟信号作为输出的反馈信号。变频器在接收流量反馈信号后与变频器设定值进行比较，之后采用PID调节控制算法，通过变频器输出频率的变化来自动调节控制螺杆泵的排量，达到节能降耗和油井生产平稳运行自动控制的目的。流量反馈值高时说明井下可抽油量充足，变频器提升螺杆泵转速以增大抽油能力，流量反馈值低时说明井下油量少供液不足，变频器会降低螺杆泵转速，直到降低一定低值，保证不间断连续抽油。