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摘 要：随着经济的不断发展，能源紧缺越来越大，提高油田的开采技术尤为重要。变频技术广泛应用于海上油田，尤其是注水系统等油田增产设备，对于提高石油开采效率、减少能量损耗具有重要的作用。
关键词：变频技术 海上油田 应用
一、前言
文章对变频技术在海上油田的应用背景进行了详细介绍，对变频器原理、作用以及其在海上油田的应用做了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对海上油田应用变频技术的效果进行了分析探讨。
二、变频技术在海上油田的应用背景
1.目前油田注水系统等油田增产设备的现状
海上油田经过30多年的高速开发，已逐渐步人高含水开发阶段。原油产量逐年递减，采出液综合含水高，主要以注水方式保持地层能量。一方面，注水时要求注水压力恒定，其控制难度大，容易造成超注，导致水淹、水窜现象，满足不了油田开发的需求，给油田开发和设备管理带来诸多不便。另一方面，为满足油田开发的需要，为油田后期增产服务设备的配置常按油田最大可能的需求来设计。而油田自身的注水系统设备是耗电大户，占整个生产的40%-60%，油田增产设备也需要充分考虑能耗问题，因此降低设备能耗是海上油田面临的重大问题。
20世纪80年代出现及推广以来，变频技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。其卓越的调速性能、显著的节电效果，改善现有设备的运行工况，提高系统安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命等优点随应用领域的不断扩大而得到充分的体现。
2.存在的问题
注水系统等油田增产设备经常根据不同的生产需求进行流量、压力、水位等信号的控制，即靠改变管网特性曲线来调节设备的排量。设备匹配难以达到最佳工况点运行，管网效率低，电能消耗高，不仅造成大量能源浪费，设备流程密封性能的破坏，还加速了设备机械磨损，严重时损坏设备，影响生产、危及人员安全。采用异步电动机直接启动或星角降压启动的方式运行，存在着启动瞬间电流较大、机械冲击、电气保护特性差等缺点，不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，经常出现设备机械损坏同时电动机也被烧毁的现象。对注水泵等油田增产设备进行变频调速，是较好的节能方案，也是减少设备损耗的有效手段。
三、变频器原理及作用
1.变频器的原理
变频调速是以变频器向交流电动机供电，并构成开环或闭环系统。变频器是把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电的变换器。
变频器主要采用交一直—交方式，先把变频交流电源通过整流装置转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流，逆变部分为IGBT三相桥式逆变，且输出为PWM波形，中间直流环节的作用为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器在应用中改变的不仅仅是频率，同时改变交流电的电压，如果仅改变频率，电动机可能被烧坏。因为异步电动机的转矩是电动机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电动机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。
2.变频器的作用
变频器工作时根据不同的控制模式采集控制面板、外部输入控制的控制信号，并通过微机板对控制信号进行处理，形成变频器工作控制指令，传达到数字调制板、光纤接口板，控制各功率单元的输出，进而使变频器输出达到规定要求的电源，满足工况要求。同时各功率单元通过自身监测，产生工作状态信号，通过光纤接口板反馈给微机板，由系统处理器对这些信号进行处理，形成各种工作参数（如输出电压、电流、功率因数、电源频率等），反馈到人机界面，产生通知、报警等动作，与工作人员进行交流，以便使工作人员了解变频器工作状况，对其工作状态进行了解、调整、控制。
四、变顿技术在海上油田中的应用
1.在空压机中的应用
空压机经常处于间断性用气的状态，产气量也很不方便控制，而电动机反复启停，其冲击电流和启动转矩对电动机损害很大。通过利用变频器来控制电机转速，可以根据用气需求量的大小而产气，减少不必要的能源损耗，用气更加稳定。
2.在脱水站中的应用
在脱水站中，通常三相分离器液位控制是采用调节阀实现的，一般情况下调节阀安装在脱水泵出口，调节阀的开关波动将导致泵出口压力波动，使泵不能工作在它的最佳工作泵头，从而使泵的效率降低而耗电量增加，结合自控技术，采用变频器控制不但能使泵工作在最佳泵头，而且节约电能。此项技术在转油脱水站，应用节能效果显著。
3.在锅炉中的应用
锅炉燃烧好坏直接影响锅炉的效率，燃料在燃烧过程中必须配以适量的空气助燃，空气过少，将导致燃烧不完全，烟囱冒黑烟，空气过多，过剩的空气会将热量从炯囱带走。因此，要想燃烧充分，除保证燃料供给充足外，还必须有一定比例的空气，即所谓合适的空燃比，控制好空燃比，才能保证燃料充分燃烧，提高锅炉的热效率。一般用温度或蒸汽压力和流量串级加比例调节来实现，取被加热介质温度或蒸汽压力测量值做为燃料气量调节给定值，燃料气量的输出乘以系数作为空气量的给定值对风机进行变频控制，使锅炉的运行参数得到改善，从而提高了锅炉效率。
4.在注水泵的应用
注水泵高压电动机是油田耗电量大的设备，尤其是启动电流大，造成启动机械转矩对电动机机械的损伤，采用变频调速后，不但可彻底避免大启动电流產生的冲击力矩对电动机的损坏，减少了维护费用，而且提高了机组自动化水平，为优化注水生产提供了保证。
5.在污水处理装置中的应用
在污水处理装置中，滤罐的反冲洗是强度大而复杂的工序，冲洗滤罐时要求反冲洗强度逐渐增加到一定量后，冲洗一定时间再逐渐减小流量，便于滤料恢复到冲洗前状态，常规设计中用反冲洗流量控制反冲洗阀，能达到工艺要求，但反冲洗泵不能工作在最佳工作区内，造成电能的浪费。利用流量信号，结合自控技术，采用反冲洗变频控制，即达到反冲洗目的又可节约电能。
五、海上油田应用变频技术的应用效果
1.简化了工艺流程
应用变频技术，不仅提高了油田开采能力，而且改善了油田的设备配置，满足长期的生产需求。目前来看，在没有增加额外的外输泵、外输管线的条件之下，应用变频技术充分满足了生产的需要。
2.延长了设备使用寿命
应用变频技术，可以有效利用变频器频率的变化来调控各种运行设备的变化量，从而保证开发安全的平稳运行。在油田开发中，各种设备的具体工艺控制要求是不一致的。不使用变频器，泵与电动机工作时扭矩达到极大值，极易造成损坏。运用变频器以后，通过频率调节，可以实现自动调节电动机的转速，调节流量，达到工艺控制要求的最佳工况点。当启泵、停泵时，泵与电动机的扭矩由小到大逐渐增大，由大到小逐渐减小，对设备造成的损伤小，从而节省了维修费用，提高了设备使用寿命，同时降低了油田开发的成本。
六、结束语
将变频技术应用于注水系统等海上油田增产设备，节约了能源，提高了系统自动化程度，延长了设备的维护周期，减小对设备的磨损，同时减少了人员的劳动程度，对于海上油田开发的发展具有重要作用。
参考文献
[1]何贯中.倪胜发.应用变频技术提高配制能力.油气田地地面工程[J].200113）.
[2]袁海洋.变频技术在油田生产中的应用.油气田地地面工程[J].2010（4）.
[3]张海军.马未华.张玉变.马成才.胡儿国.变频技术在油田注水上的应用.油气田地面工程[J].2010（5）.
[4]邱维有.高压变频技术在油田上的应用.油气田地面工程[J].2012（5）.
关键词：变频技术 海上油田 应用
一、前言
文章对变频技术在海上油田的应用背景进行了详细介绍，对变频器原理、作用以及其在海上油田的应用做了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对海上油田应用变频技术的效果进行了分析探讨。
二、变频技术在海上油田的应用背景
1.目前油田注水系统等油田增产设备的现状
海上油田经过30多年的高速开发，已逐渐步人高含水开发阶段。原油产量逐年递减，采出液综合含水高，主要以注水方式保持地层能量。一方面，注水时要求注水压力恒定，其控制难度大，容易造成超注，导致水淹、水窜现象，满足不了油田开发的需求，给油田开发和设备管理带来诸多不便。另一方面，为满足油田开发的需要，为油田后期增产服务设备的配置常按油田最大可能的需求来设计。而油田自身的注水系统设备是耗电大户，占整个生产的40%-60%，油田增产设备也需要充分考虑能耗问题，因此降低设备能耗是海上油田面临的重大问题。
20世纪80年代出现及推广以来，变频技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。其卓越的调速性能、显著的节电效果，改善现有设备的运行工况，提高系统安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命等优点随应用领域的不断扩大而得到充分的体现。
2.存在的问题
注水系统等油田增产设备经常根据不同的生产需求进行流量、压力、水位等信号的控制，即靠改变管网特性曲线来调节设备的排量。设备匹配难以达到最佳工况点运行，管网效率低，电能消耗高，不仅造成大量能源浪费，设备流程密封性能的破坏，还加速了设备机械磨损，严重时损坏设备，影响生产、危及人员安全。采用异步电动机直接启动或星角降压启动的方式运行，存在着启动瞬间电流较大、机械冲击、电气保护特性差等缺点，不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，经常出现设备机械损坏同时电动机也被烧毁的现象。对注水泵等油田增产设备进行变频调速，是较好的节能方案，也是减少设备损耗的有效手段。
三、变频器原理及作用
1.变频器的原理
变频调速是以变频器向交流电动机供电，并构成开环或闭环系统。变频器是把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电的变换器。
变频器主要采用交一直—交方式，先把变频交流电源通过整流装置转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流，逆变部分为IGBT三相桥式逆变，且输出为PWM波形，中间直流环节的作用为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器在应用中改变的不仅仅是频率，同时改变交流电的电压，如果仅改变频率，电动机可能被烧坏。因为异步电动机的转矩是电动机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电动机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。
2.变频器的作用
变频器工作时根据不同的控制模式采集控制面板、外部输入控制的控制信号，并通过微机板对控制信号进行处理，形成变频器工作控制指令，传达到数字调制板、光纤接口板，控制各功率单元的输出，进而使变频器输出达到规定要求的电源，满足工况要求。同时各功率单元通过自身监测，产生工作状态信号，通过光纤接口板反馈给微机板，由系统处理器对这些信号进行处理，形成各种工作参数（如输出电压、电流、功率因数、电源频率等），反馈到人机界面，产生通知、报警等动作，与工作人员进行交流，以便使工作人员了解变频器工作状况，对其工作状态进行了解、调整、控制。
四、变顿技术在海上油田中的应用
1.在空压机中的应用
空压机经常处于间断性用气的状态，产气量也很不方便控制，而电动机反复启停，其冲击电流和启动转矩对电动机损害很大。通过利用变频器来控制电机转速，可以根据用气需求量的大小而产气，减少不必要的能源损耗，用气更加稳定。
2.在脱水站中的应用
在脱水站中，通常三相分离器液位控制是采用调节阀实现的，一般情况下调节阀安装在脱水泵出口，调节阀的开关波动将导致泵出口压力波动，使泵不能工作在它的最佳工作泵头，从而使泵的效率降低而耗电量增加，结合自控技术，采用变频器控制不但能使泵工作在最佳泵头，而且节约电能。此项技术在转油脱水站，应用节能效果显著。
3.在锅炉中的应用
锅炉燃烧好坏直接影响锅炉的效率，燃料在燃烧过程中必须配以适量的空气助燃，空气过少，将导致燃烧不完全，烟囱冒黑烟，空气过多，过剩的空气会将热量从炯囱带走。因此，要想燃烧充分，除保证燃料供给充足外，还必须有一定比例的空气，即所谓合适的空燃比，控制好空燃比，才能保证燃料充分燃烧，提高锅炉的热效率。一般用温度或蒸汽压力和流量串级加比例调节来实现，取被加热介质温度或蒸汽压力测量值做为燃料气量调节给定值，燃料气量的输出乘以系数作为空气量的给定值对风机进行变频控制，使锅炉的运行参数得到改善，从而提高了锅炉效率。
4.在注水泵的应用
注水泵高压电动机是油田耗电量大的设备，尤其是启动电流大，造成启动机械转矩对电动机机械的损伤，采用变频调速后，不但可彻底避免大启动电流產生的冲击力矩对电动机的损坏，减少了维护费用，而且提高了机组自动化水平，为优化注水生产提供了保证。
5.在污水处理装置中的应用
在污水处理装置中，滤罐的反冲洗是强度大而复杂的工序，冲洗滤罐时要求反冲洗强度逐渐增加到一定量后，冲洗一定时间再逐渐减小流量，便于滤料恢复到冲洗前状态，常规设计中用反冲洗流量控制反冲洗阀，能达到工艺要求，但反冲洗泵不能工作在最佳工作区内，造成电能的浪费。利用流量信号，结合自控技术，采用反冲洗变频控制，即达到反冲洗目的又可节约电能。
五、海上油田应用变频技术的应用效果
1.简化了工艺流程
应用变频技术，不仅提高了油田开采能力，而且改善了油田的设备配置，满足长期的生产需求。目前来看，在没有增加额外的外输泵、外输管线的条件之下，应用变频技术充分满足了生产的需要。
2.延长了设备使用寿命
应用变频技术，可以有效利用变频器频率的变化来调控各种运行设备的变化量，从而保证开发安全的平稳运行。在油田开发中，各种设备的具体工艺控制要求是不一致的。不使用变频器，泵与电动机工作时扭矩达到极大值，极易造成损坏。运用变频器以后，通过频率调节，可以实现自动调节电动机的转速，调节流量，达到工艺控制要求的最佳工况点。当启泵、停泵时，泵与电动机的扭矩由小到大逐渐增大，由大到小逐渐减小，对设备造成的损伤小，从而节省了维修费用，提高了设备使用寿命，同时降低了油田开发的成本。
六、结束语
将变频技术应用于注水系统等海上油田增产设备，节约了能源，提高了系统自动化程度，延长了设备的维护周期，减小对设备的磨损，同时减少了人员的劳动程度，对于海上油田开发的发展具有重要作用。
参考文献
[1]何贯中.倪胜发.应用变频技术提高配制能力.油气田地地面工程[J].200113）.
[2]袁海洋.变频技术在油田生产中的应用.油气田地地面工程[J].2010（4）.
[3]张海军.马未华.张玉变.马成才.胡儿国.变频技术在油田注水上的应用.油气田地面工程[J].2010（5）.
[4]邱维有.高压变频技术在油田上的应用.油气田地面工程[J].2012（5）.