郝英杰,许卫华

1  引言
随着我国石油工业发展和油田开发的需要，为了提高油田采油速度和最终采收率，应用机械采油方法，是整个油田开发过程中一个重要步骤。潜油电泵作为一种比较新的机械采油设备，近十年来在我国已得到广泛的应用，并得到不断完善和发展。
潜油电泵是井下工作的多级离心泵，同油管一起下入井内，地面电源通过变压器、控制屏和潜油电缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液举升到地面。
由于潜油电泵的机组与泵是在地面以下两千多米的井底工作，环境恶劣（高温、强腐蚀等），传统的供电方式――全压、工频使它故障频繁，运行成本大增。潜油电泵损坏后提到地面上来修理，仅工程费一项就达5万元，价值10万元的电缆平均提上放下5次就必须更换，潜油电泵平均每10个月就需维修一次，维修费用约8万元。传统的供电方式危害甚多。例如：
①  潜油电泵全速运转，当井下液量不富余时，容易抽空，甚至造成死井，一旦死井，则损失惨重。
②  油田供电电压常有波动，使电机欠励磁或过励磁，电机被烧时有发生。
③  两千米的井下电缆带来了150伏左右的线路损耗，由于这部分损耗无法补偿，从而影响了电机的正常工作。
2  潜油电泵专用变频器的应用
潜油电泵在工频启动时，启动电流大，电机电缆的压降较大，使得电机电缆在起动过程中的反压较高，绝缘性能降低，每次开机都会使电泵寿命大打折扣。潜油电泵在正常工作时，普遍存在着电机负载率较低的情况，“大马拉小车”现象严重。潜油电泵的功率因数都较低，无功损耗较大，耗电量多。根据油田开发方案的要求，潜油电泵应根据地质情况的变化，调节抽油量。传统的调节方式是靠更换油嘴来调节产量。这样既造成能量损失又不能精确地控制。有时使得电机与泵长期在高油压状态下运行；有时使得油井出沙严重，使设备寿命缩短，不能符合开发方案的要求。解决以上问题，只有采用变频控制系统，通过调节频率来调节油压和产量。我们对胜利油田的二十多口电泵井进行了变频运行改造，起到了良好的效果。
潜油电泵专用变频器有以下特点：
①  可实现电泵软起动、停车，延长电泵的使用寿命，保护电机、电缆，节约维修费用。
②  提高电泵系统的功率因数，节电效果明显。
③  提高管网的品质，可实现电泵系统的闭环控制，增加电泵系统的工作安全性。
④  可靠性高，操作方便，可以实现输出电压、电流的连续调节，以达到输出功率连续可调的目的，使电泵采油系统处于最佳工作状态。
⑤  提高生产效率，便于整体管理及调度，可实现电泵系统的集散控制。
3  改造与应用
潜油电泵专用变频器的基本结构是交―直―交变频器，它是先将工频交流电通过整流器变成直流电，再经过逆变器将直流变成可控频率的交流电，因此又称为中间直流环节的变频装置。在进行电机调速时，在改变频率的同时，控制变频器的输出电压，使电机磁通保持一定。通过保持U/f恒定使电动机获得所需的转矩特性。潜油电泵变频改造系统流程如图1所示。

 图1  潜油电泵变频改造系统流程图

根据东萃科技有限公司生产的潜油电泵专用变频器ZDBP-75/1140在胜利油田纯梁采油厂L23-P1＃上的应用情况进行举例说明。
设备主要技术指标有：
输入：三相、50Hz、线电压1140V（+15%～-20％）；容量：75kW；输出：频率2～50Hz连续可调，额定电压1140V；保护功能：过压、欠压、过载、短路、缺相、温升、失速。
该油井供液能力较差，为了保证连续生产，安装完毕后，去掉油井油嘴，频率调至40Hz运行。电流由原工频时的52A降为28A。经该厂能源检测站采用DJYC-95型电机经济运行测试仪（电压、电流0.5级，功率1.0级）对设备进行现场测试，结果如下：
① 系统功率因数由0.671提高到0.759。
② 有功功率降低幅度较大，有功节电率达到了22.49%，无功节电率为39.85%，综合节电率为23.04%，节电效果较好（见表1）。

表1  变频改造前后测试数据表
 

③ 实现了电泵软起动、停车，有效保护电机、电缆，延长了电泵的使用寿命。

4  变频改造应注意的事项
油田的地质结构很复杂，各个采油区块、各油井的生产情况都不尽相同。油井井深不同，地面电压从600～2500伏不等，因此在使用变频器时应注意电泵井的电压等级；充分了解了井况，针对不同的井还要注意使用的方法。这样才能起到良好的效果（见表2）。
采油技术涉及多学科领域，目前的潜油电泵用变频器已从原先的高―低―高方式转变为直接高―高变频，体积更小、操作更加方便。但为了提高油田采油的自动化水平，在应用时还有待解决以下问题：① 使变频器与井底温度传感器、压力传感器构成闭环控制系统。② 使变频控制系统具有运行参数无线传输功能，可随时监测油井的运行情况。

                                     表2