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[摘 要]潜油电泵是油田的主要机械采油方式之一，若对潜油电泵优化配套认识不足，没有实施优化设计，会导致潜油电机、潜油离心泵配置不合理，电潜泵排量偏离高泵效生产区，造成潜油电泵井系统效率较低，能耗高，增加了采油成本。为了解决这些问题，本文主要介绍了油田潜油电泵井应用自动补偿控制柜技术、永磁同步电动机技术、变频调速技术等一系列节能技术，以提高电泵井的排量效率和系统效率，为实现潜油电泵井整体节能降耗提供技术保障。来改善了电泵工作状况，提高电泵井的排量效率和系统效率，为实现潜油电泵井整体节能降耗提供技术保障。
[关键词]潜油电泵 节能降耗 技术应用
中图分类号：TE933.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0003-01
随着潜油电泵采油方式在国内外油田的广泛应用，在发挥其产液量高、排量大、检泵周期长、方便管理等优点的同时，也存在着潜油电泵与油井生产动态变化间的诸多问题。潜油电泵节能降耗技术应用电泵优化技术，对于解决电泵井运行中工况不合理、机组设备匹配不合适等诸多因素造成的电泵井系统效率低下、耗电量偏高的情况，提供了一套合理、有效的解决办法。
1.电泵井能耗状况分析
潜油电泵系统由井下部分（潜油电机、保护器、油气分离器以及多级离心泵等）、地面部分（控制屏、接线盒）以及连接井下和地面部分的中间部分（电缆）所组成。系统工作时，电力经过变压器、控制器、电缆，通过电机转化为机械能，驱动多级离心泵运转，将机械能转化为液体能，从而把井下液体举升到地面。通过对排量为 250m3/d，扬程为1000m的电泵能耗、效率进行测试（图1）可以看出，潜油电泵系统主要能耗集中在离心泵和电机上。
上述测试数据表明，分离器和离心泵的能耗为 21.22kW，保护器和电机的能耗为12.39 kW，分别占总能耗 39.4kW的53.8%和31.4%。因此，分离器和离心泵的能耗是影响电泵高效运行的主要因素。
2.潜油电泵主要节能措施
为了有效降低电泵井在电能经机采方面的总体能耗，根据每口电泵井的实际运行情况，有针对性的采取了综合治理措施，相应的推广应用不同电泵井节能新技术，达到节能降耗的目的。
2.1 自动补偿控制柜技术
潜油电泵井自动补偿控制柜技术是针对目前电泵井电网系统功率因数偏低，消耗无用功过高而研制的。其原理是利用电容与潜油电动机对电压超前和滞后的特性，在变压器输出侧安装补偿器，补偿6kV侧电压与电流过大的相位角，即功率因数，降低电网消耗的无用功，达到节能的目的。机采井工作时的电能能耗主要是电动机做功实际消耗的电能和电流通过导线传输时的线路损耗（P=3I2 R），简称线损。线损又由有功电流和无功电流组成。电动机消耗的电能不能减少，否则会影响其正常运转。而线路损耗中的无功电流却可以通过一定的方法，使其降低到最低程度，使传输回路上只剩下有功电流的线路损耗。
2.2 永磁同步电动机技术
永磁同步电动机与异步电动机相比，减少了定子电流和定子电阻损耗，使其效率比同规格的电动机提高2%～8%。永磁同步电动机具有功率因数高、体积小、重量轻等特点，有利于改善电网供电状况，是一种技术较成熟、工艺较稳定的节能产品。
永磁同步电动机的功率因数达到0.95，比异步电动机的功率因数（0.80）高0.15，其效率为 85%，比异步电动机的效率（80%）高5%，且转速恒定。电动机的输入功率降低，可降低电动机无功功率，取得良好的节电效果。该电动机具备自启动能力，适用于 90℃以下井温的环境要求。
2.3 变频调速
电泵机组合理的排量效率应为 80%～120%。三次采油技术的应用，电泵井产液量有较大的阶段性变化，导致电泵机组某一段时间内在极不合理状态下运行，严重影响机组寿命。同时，仅依靠油嘴调整产液，满足不了油井产液量变化的需要，更换电泵机组投入费用又比较高。因此，为了延长潜油电泵井的检泵周期，保证正常生产，可采用变频调速技术。
潜油电泵变频调速技术是运用变频控制屏和普通的潜油电泵机组配套调速的工艺技术，通过变频控制屏内的变频系统和微机控制系统，进行自动跟踪改变电源频率，从而改变电动机的转速，调节多级离心泵的排量，使潜油电泵的特性和油井生产能力相匹配、电泵机组在最佳工作区内工作，达到减少机械及电气故障、延长电泵井寿命、增产及节能的目的。变频器频率调节范围通常为 30～60 Hz，能使电泵额定排量范围扩展到 30%～120%，扩大了潜油电泵的合理排量范围。
电泵变频调速技术主要有高压变频驱动系统与中压变频驱动系统。高压变频驱动系统的变频器采用高-低-高结构，即以低压变频器，配以升、降压变压器和输入、输出滤波器直接集成高压变频系统。高压变频系统采用的滤波器和变压器都是针对具体应用专门设计的，可有效地解决高次谐波长线传输的問题。加配降压及升压变压器，一次性生产投入成本有所下降。在中压范围（三相交流 1300V，2300V）内实现频率的可调，中压变频器通过改变频率，部分电泵井不仅提高液量和油量，而且保证电泵井在合理的范围内运行。
2.4 变软启停装置
潜油电泵机组随着运转时间的增加，机组绝缘随之下降。低绝缘状态下电泵机组的启停操作是造成机组损坏的关键环节。电泵井在生产过程中，由于欠过载停机、停电、线路检修、测试及其它地面故障等原因不可避免地需要停机和启机操作。电泵机组在全压启动时，启动电流为额定电流的4～8倍，冲击电流会造成电动机局部温升过大，加之电泵机组结构的特殊性、工作环境和散热条件的限制，高电流的启动，严重影响电泵机组在井下的运行寿命。同时产生较大的瞬时冲击转矩，容易对井下机组造成破坏。电泵机组在全压下停机时，电动机线圈内部将产生3～4倍的操作过电压，对电泵机组的绝缘也会造成严重的破坏。电泵井软启停装置是通过单片机控制系统，对可控硅导通角进行智能控制，来实现机组启停过程中对电压的控制。在电泵井启动前设定启动时间，使电动机工作电压由0无级连续升至机组额定电压值，减少启动瞬间电流对机组和电缆绝缘的冲击；当启动结束时，旁通开关自动吸合，机组正常运转。在停机过程中，通过调整停机时间实现软停功能，电动机工作电压由额定值无级连续降到0，避免停机过程中电压对电动机及电缆绝缘造成的损坏。软启动器作为新一代电气控制设备，主要采用电子控制技术，实现电泵软启、软停、保护、监测等功能，有效地降低启动冲击电流和停机操作过电压。
3.结语
潜油电泵系统其主要能耗部件还包括潜油电缆、潜油电机和多级离心泵。加强潜油电泵系统调节单元和节能元件的研制，如可调油嘴和变频器等，增加潜油电泵系统的可调因素，降低潜油电泵系统的能耗损失。加强科学管理，提高设备利用率，提高潜油电泵井的系统效率。
参考文献：
[1] 赵春民，王则宾.潜油电泵系统的能耗分析[J].油气地面工程，.2005（06）.
[2] 吴瑞坤，刘启智，张鸣宇.潜油电泵优化设计及功效分析[J].中外能源.2006（02）.
[关键词]潜油电泵 节能降耗 技术应用
中图分类号：TE933.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0003-01
随着潜油电泵采油方式在国内外油田的广泛应用，在发挥其产液量高、排量大、检泵周期长、方便管理等优点的同时，也存在着潜油电泵与油井生产动态变化间的诸多问题。潜油电泵节能降耗技术应用电泵优化技术，对于解决电泵井运行中工况不合理、机组设备匹配不合适等诸多因素造成的电泵井系统效率低下、耗电量偏高的情况，提供了一套合理、有效的解决办法。
1.电泵井能耗状况分析
潜油电泵系统由井下部分（潜油电机、保护器、油气分离器以及多级离心泵等）、地面部分（控制屏、接线盒）以及连接井下和地面部分的中间部分（电缆）所组成。系统工作时，电力经过变压器、控制器、电缆，通过电机转化为机械能，驱动多级离心泵运转，将机械能转化为液体能，从而把井下液体举升到地面。通过对排量为 250m3/d，扬程为1000m的电泵能耗、效率进行测试（图1）可以看出，潜油电泵系统主要能耗集中在离心泵和电机上。
上述测试数据表明，分离器和离心泵的能耗为 21.22kW，保护器和电机的能耗为12.39 kW，分别占总能耗 39.4kW的53.8%和31.4%。因此，分离器和离心泵的能耗是影响电泵高效运行的主要因素。
2.潜油电泵主要节能措施
为了有效降低电泵井在电能经机采方面的总体能耗，根据每口电泵井的实际运行情况，有针对性的采取了综合治理措施，相应的推广应用不同电泵井节能新技术，达到节能降耗的目的。
2.1 自动补偿控制柜技术
潜油电泵井自动补偿控制柜技术是针对目前电泵井电网系统功率因数偏低，消耗无用功过高而研制的。其原理是利用电容与潜油电动机对电压超前和滞后的特性，在变压器输出侧安装补偿器，补偿6kV侧电压与电流过大的相位角，即功率因数，降低电网消耗的无用功，达到节能的目的。机采井工作时的电能能耗主要是电动机做功实际消耗的电能和电流通过导线传输时的线路损耗（P=3I2 R），简称线损。线损又由有功电流和无功电流组成。电动机消耗的电能不能减少，否则会影响其正常运转。而线路损耗中的无功电流却可以通过一定的方法，使其降低到最低程度，使传输回路上只剩下有功电流的线路损耗。
2.2 永磁同步电动机技术
永磁同步电动机与异步电动机相比，减少了定子电流和定子电阻损耗，使其效率比同规格的电动机提高2%～8%。永磁同步电动机具有功率因数高、体积小、重量轻等特点，有利于改善电网供电状况，是一种技术较成熟、工艺较稳定的节能产品。
永磁同步电动机的功率因数达到0.95，比异步电动机的功率因数（0.80）高0.15，其效率为 85%，比异步电动机的效率（80%）高5%，且转速恒定。电动机的输入功率降低，可降低电动机无功功率，取得良好的节电效果。该电动机具备自启动能力，适用于 90℃以下井温的环境要求。
2.3 变频调速
电泵机组合理的排量效率应为 80%～120%。三次采油技术的应用，电泵井产液量有较大的阶段性变化，导致电泵机组某一段时间内在极不合理状态下运行，严重影响机组寿命。同时，仅依靠油嘴调整产液，满足不了油井产液量变化的需要，更换电泵机组投入费用又比较高。因此，为了延长潜油电泵井的检泵周期，保证正常生产，可采用变频调速技术。
潜油电泵变频调速技术是运用变频控制屏和普通的潜油电泵机组配套调速的工艺技术，通过变频控制屏内的变频系统和微机控制系统，进行自动跟踪改变电源频率，从而改变电动机的转速，调节多级离心泵的排量，使潜油电泵的特性和油井生产能力相匹配、电泵机组在最佳工作区内工作，达到减少机械及电气故障、延长电泵井寿命、增产及节能的目的。变频器频率调节范围通常为 30～60 Hz，能使电泵额定排量范围扩展到 30%～120%，扩大了潜油电泵的合理排量范围。
电泵变频调速技术主要有高压变频驱动系统与中压变频驱动系统。高压变频驱动系统的变频器采用高-低-高结构，即以低压变频器，配以升、降压变压器和输入、输出滤波器直接集成高压变频系统。高压变频系统采用的滤波器和变压器都是针对具体应用专门设计的，可有效地解决高次谐波长线传输的問题。加配降压及升压变压器，一次性生产投入成本有所下降。在中压范围（三相交流 1300V，2300V）内实现频率的可调，中压变频器通过改变频率，部分电泵井不仅提高液量和油量，而且保证电泵井在合理的范围内运行。
2.4 变软启停装置
潜油电泵机组随着运转时间的增加，机组绝缘随之下降。低绝缘状态下电泵机组的启停操作是造成机组损坏的关键环节。电泵井在生产过程中，由于欠过载停机、停电、线路检修、测试及其它地面故障等原因不可避免地需要停机和启机操作。电泵机组在全压启动时，启动电流为额定电流的4～8倍，冲击电流会造成电动机局部温升过大，加之电泵机组结构的特殊性、工作环境和散热条件的限制，高电流的启动，严重影响电泵机组在井下的运行寿命。同时产生较大的瞬时冲击转矩，容易对井下机组造成破坏。电泵机组在全压下停机时，电动机线圈内部将产生3～4倍的操作过电压，对电泵机组的绝缘也会造成严重的破坏。电泵井软启停装置是通过单片机控制系统，对可控硅导通角进行智能控制，来实现机组启停过程中对电压的控制。在电泵井启动前设定启动时间，使电动机工作电压由0无级连续升至机组额定电压值，减少启动瞬间电流对机组和电缆绝缘的冲击；当启动结束时，旁通开关自动吸合，机组正常运转。在停机过程中，通过调整停机时间实现软停功能，电动机工作电压由额定值无级连续降到0，避免停机过程中电压对电动机及电缆绝缘造成的损坏。软启动器作为新一代电气控制设备，主要采用电子控制技术，实现电泵软启、软停、保护、监测等功能，有效地降低启动冲击电流和停机操作过电压。
3.结语
潜油电泵系统其主要能耗部件还包括潜油电缆、潜油电机和多级离心泵。加强潜油电泵系统调节单元和节能元件的研制，如可调油嘴和变频器等，增加潜油电泵系统的可调因素，降低潜油电泵系统的能耗损失。加强科学管理，提高设备利用率，提高潜油电泵井的系统效率。
参考文献：
[1] 赵春民，王则宾.潜油电泵系统的能耗分析[J].油气地面工程，.2005（06）.
[2] 吴瑞坤，刘启智，张鸣宇.潜油电泵优化设计及功效分析[J].中外能源.2006（02）.