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【摘要】高凝油油田开发过程中，油井正常生产的电力耗能是产油综合成本中占比重最大的，占总成本支出的38%。“节能降耗”是油田日常生产提出的“三增一节”工作目标的基本保证，而减少电能消耗就更是重中之重。本文重点论述变频电力控制柜在节约电能消耗上的重大作用。
【关键词】变频启动 无极调速 节能降耗
目前，在沈阳油田，采油作业二区有310台游梁式抽油机运行，占全部产油设备的91%，是主要的耗能设备，节能潜力巨大。沈阳油田是个老油田，已开发生产30多年，油层压力逐年降低，单井产量逐年下降，单井产液量不平稳，抽油机负荷变化较大，供液能力与抽油机抽油排量很难科学、高新的合理匹配，易发生产量高与电机功率小造成的电机过载而烧坏电机的过负荷矛盾，也易发生与之相反的油井产液量低而电机功率大造成电机欠载而浪费电能的矛盾。如何解决上述两个矛盾，变频电力控制机的变频启动、无极调速，就将发挥巨大的节能作用。
1 高凝油抽油机采油工作流程
抽油泵在正常生产过程中的流程是：电动机带动减速器→曲柄带动连杆→游梁驴头带动悬绳器→抽油杆带动井下油泵做往复上下运动，最后原油升到地面进入采油站。始端的电能转化为终端的往复机械能，终端机械能决定始端的电能消耗，而在终端机械能保持不变的情况下如何将始端的电能效率发挥到最大化就尤为重要。
2 变频电力控制柜的节能原理
在抽油机采油原理中得知终端的机械能就是由始端的电能转化而来的，那么在单井采油机械能为常量的条件下，如何节约电能呢？只有一个办法降低单井电机功率，我们知道功率越大在同样工作时间内做工越多耗电越多、反之越少。
（1）由于抽油机设备结构及高凝油井的生产特点，抽油机启动时消耗的功率为平衡运行时的1.8～2.2倍，因而产生的一种现象，配套用的电机如果满足了抽油机启动时的电功率，那么平稳运行时就有30%～50%闲置功率在做无用功。既无用耗能，反之，如果配套电机匹配了抽油机平稳运行时的电功率，那么又满足不了抽油机启动时的电功率，进而造成抽油机无法启动，严重的将烧坏电机，这个问题变频启动就有很好的解决办法。
（2）先介绍一组能量转换关系，抽油泵往复运动的动能=抽油泵冲程×（抽油泵举升油液重量+抽油杆体重量+摩擦阻力），而电机产生的动力F=电机功率W÷电机转数，在单井生产参数恒定的情况下，对电机的动力F要求就是恒定的。而启动抽油机是需要大功率输出，就是多种惯性载荷相叠加而需要最大电机动力F，如何才能做到既不增加电机功率而又能增加电机输出动力F呢？因为F=W/n，如果要增大F在功率W不变的情况下，就只有减小电机转数n了。
（3）从电工学我们了解到电机转数n=60f（1-s）/p其中f为供电频率，s为电机转差率，p为电机相及数，而每台电机一经制造出厂后，它的p、s就是固定常数了，只有转数n和供电频率是变的，并且电机转数n与供电频率成正比例函数的关系，既电机功率不变的条件下，供电频率降低，电机转数就降低，进而就可以在启动抽油机时适当的降低供电频率来降低电机频数来获得较大的电机动力，来实现抽油机的顺利平稳启动，当抽油机运行平稳电机工作电流达到平稳运行电流时，就可将供电频率恢复到正常频率，使电机恢复正常转数，进而抽油机获得合适的状态，确保油井产液正常不受影响。
3 在生产实际中的节能效果分析
在沈阳油田的抽油机生产中配套电机多为45KM，用变频控制柜来控制电机，选用降低频率来启动电机。既启动电机时用39Hz启动，那么启动时电机转速就由公式n=60f（1-s）/p得知相对于工频50Hz时降低22%。再由公式电机功率=电机转数n×电机动力F，在电机动力F不变的条件下，转数n降低22%，那么电机功率也就降低22%。既由原来的45kw可降低到35km，而标准可选用电机为37kw，既每单井可降低8kw。每天24小时既192kwh，每月5760kwh，每年7万kwh，按工业用电每kwh1.8元计算既12.6万元，作业区目前运行310台抽油机，每年即可节约电费3906万元，经济效益是巨大的。
4 变频控制柜在电潜油泵产液量调控上的应用
（1）在油田开发过程中，电潜油泵是一种高效采油设备，具有产液量高，抗结蜡效果好等众多优点。其配套设备由地面变压器、动力电缆、变频控制柜和井下的动力电缆、多级高压离心泵、产液油管组成，由变压器和电缆提供电能。由井下电机转化为机械能，由多级离心泵为液体提供动能。使原油通过油管举升到地面管网系统，但电潜油泵在日常生产中存在一定的问题，例如：在工频模式下运转时存在启动电流大于正常运行电流的1.3倍。如果运行电流为38A，那么启动电流就会达到49A或更多。同时会造成电机和动力电缆的冲击电流加大，长期运转会造成电机和动力电缆的绝缘降低，严重的可烧坏电机和动力电缆，而降低频率启动就可以解决这个问题。原理与抽油机降频启动相同，不再论述。电潜油泵以100立方米油泵为例：进行一次修井作业，其中工程费为4～6万元，动力电缆8～11万元，电泵机组3万元，总计费用高达近20余万元。
（2）在工频全压状态下运行的电潜泵，其排量是固定的，那么就存在地层供液能力大于电泵排量时，原油不能及时举升到地面管网，经济效益低，同时还会造成套管环形空间液面过高，高凝油会凝固堵塞油套管环形空间，无法测量动液面、而当需要控制电泵产量时就只有在采油树井口装小口径油嘴加以强制节流。人为增加井下回压，对井下管柱、电缆特别是电泵机组都将处于高回压状态下工作，机械损坏非常大。实践整理数据证明在管网正常回压基础之上，井口因装油嘴节流每增加0.5Mpa回压，可降低电泵机组使用寿命16%既3.1万元经济损失。反之，当地层供液能力小于电泵排量时，会出现地下亏空电泵欠载空转的现象。严重的烧坏电泵机组和动力电缆。而由公式：电泵排量Q=泵腔有效体积V×电机转数n和公式：n=60f（1-s）/p得知，电泵排量Q与电机转数n成正比例函数的关系，与供电频率f也成正比例函数的关系，既调整供电频率f就可以准确调整电泵排量了，以上电泵欠载和过载两个问题就被有效的解决。
5 结论
总之通过沈阳油田在近十年对变频电力控制柜的使用，证明变频控制柜在电泵启动和产量合理调整及抽油机启动、无极调整抽油机冲次上的作用是高效科学、简单实用、安全可靠的，节约人力物力经济效益极好。
参考文献
[1] 孟庆学，王玉臣. 高凝油及其开采技术[J]. 石油科技论坛. 2006（05）
作者简介
温秉恕（1962-），男，辽宁省铁岭市人，1982年8月毕业于辽河石油学校采油工程专业，主要从事：油田低压电路及采油机电设备维护与故障处理、油田低压进网电工培训与安全用电管理。
【关键词】变频启动 无极调速 节能降耗
目前，在沈阳油田，采油作业二区有310台游梁式抽油机运行，占全部产油设备的91%，是主要的耗能设备，节能潜力巨大。沈阳油田是个老油田，已开发生产30多年，油层压力逐年降低，单井产量逐年下降，单井产液量不平稳，抽油机负荷变化较大，供液能力与抽油机抽油排量很难科学、高新的合理匹配，易发生产量高与电机功率小造成的电机过载而烧坏电机的过负荷矛盾，也易发生与之相反的油井产液量低而电机功率大造成电机欠载而浪费电能的矛盾。如何解决上述两个矛盾，变频电力控制机的变频启动、无极调速，就将发挥巨大的节能作用。
1 高凝油抽油机采油工作流程
抽油泵在正常生产过程中的流程是：电动机带动减速器→曲柄带动连杆→游梁驴头带动悬绳器→抽油杆带动井下油泵做往复上下运动，最后原油升到地面进入采油站。始端的电能转化为终端的往复机械能，终端机械能决定始端的电能消耗，而在终端机械能保持不变的情况下如何将始端的电能效率发挥到最大化就尤为重要。
2 变频电力控制柜的节能原理
在抽油机采油原理中得知终端的机械能就是由始端的电能转化而来的，那么在单井采油机械能为常量的条件下，如何节约电能呢？只有一个办法降低单井电机功率，我们知道功率越大在同样工作时间内做工越多耗电越多、反之越少。
（1）由于抽油机设备结构及高凝油井的生产特点，抽油机启动时消耗的功率为平衡运行时的1.8～2.2倍，因而产生的一种现象，配套用的电机如果满足了抽油机启动时的电功率，那么平稳运行时就有30%～50%闲置功率在做无用功。既无用耗能，反之，如果配套电机匹配了抽油机平稳运行时的电功率，那么又满足不了抽油机启动时的电功率，进而造成抽油机无法启动，严重的将烧坏电机，这个问题变频启动就有很好的解决办法。
（2）先介绍一组能量转换关系，抽油泵往复运动的动能=抽油泵冲程×（抽油泵举升油液重量+抽油杆体重量+摩擦阻力），而电机产生的动力F=电机功率W÷电机转数，在单井生产参数恒定的情况下，对电机的动力F要求就是恒定的。而启动抽油机是需要大功率输出，就是多种惯性载荷相叠加而需要最大电机动力F，如何才能做到既不增加电机功率而又能增加电机输出动力F呢？因为F=W/n，如果要增大F在功率W不变的情况下，就只有减小电机转数n了。
（3）从电工学我们了解到电机转数n=60f（1-s）/p其中f为供电频率，s为电机转差率，p为电机相及数，而每台电机一经制造出厂后，它的p、s就是固定常数了，只有转数n和供电频率是变的，并且电机转数n与供电频率成正比例函数的关系，既电机功率不变的条件下，供电频率降低，电机转数就降低，进而就可以在启动抽油机时适当的降低供电频率来降低电机频数来获得较大的电机动力，来实现抽油机的顺利平稳启动，当抽油机运行平稳电机工作电流达到平稳运行电流时，就可将供电频率恢复到正常频率，使电机恢复正常转数，进而抽油机获得合适的状态，确保油井产液正常不受影响。
3 在生产实际中的节能效果分析
在沈阳油田的抽油机生产中配套电机多为45KM，用变频控制柜来控制电机，选用降低频率来启动电机。既启动电机时用39Hz启动，那么启动时电机转速就由公式n=60f（1-s）/p得知相对于工频50Hz时降低22%。再由公式电机功率=电机转数n×电机动力F，在电机动力F不变的条件下，转数n降低22%，那么电机功率也就降低22%。既由原来的45kw可降低到35km，而标准可选用电机为37kw，既每单井可降低8kw。每天24小时既192kwh，每月5760kwh，每年7万kwh，按工业用电每kwh1.8元计算既12.6万元，作业区目前运行310台抽油机，每年即可节约电费3906万元，经济效益是巨大的。
4 变频控制柜在电潜油泵产液量调控上的应用
（1）在油田开发过程中，电潜油泵是一种高效采油设备，具有产液量高，抗结蜡效果好等众多优点。其配套设备由地面变压器、动力电缆、变频控制柜和井下的动力电缆、多级高压离心泵、产液油管组成，由变压器和电缆提供电能。由井下电机转化为机械能，由多级离心泵为液体提供动能。使原油通过油管举升到地面管网系统，但电潜油泵在日常生产中存在一定的问题，例如：在工频模式下运转时存在启动电流大于正常运行电流的1.3倍。如果运行电流为38A，那么启动电流就会达到49A或更多。同时会造成电机和动力电缆的冲击电流加大，长期运转会造成电机和动力电缆的绝缘降低，严重的可烧坏电机和动力电缆，而降低频率启动就可以解决这个问题。原理与抽油机降频启动相同，不再论述。电潜油泵以100立方米油泵为例：进行一次修井作业，其中工程费为4～6万元，动力电缆8～11万元，电泵机组3万元，总计费用高达近20余万元。
（2）在工频全压状态下运行的电潜泵，其排量是固定的，那么就存在地层供液能力大于电泵排量时，原油不能及时举升到地面管网，经济效益低，同时还会造成套管环形空间液面过高，高凝油会凝固堵塞油套管环形空间，无法测量动液面、而当需要控制电泵产量时就只有在采油树井口装小口径油嘴加以强制节流。人为增加井下回压，对井下管柱、电缆特别是电泵机组都将处于高回压状态下工作，机械损坏非常大。实践整理数据证明在管网正常回压基础之上，井口因装油嘴节流每增加0.5Mpa回压，可降低电泵机组使用寿命16%既3.1万元经济损失。反之，当地层供液能力小于电泵排量时，会出现地下亏空电泵欠载空转的现象。严重的烧坏电泵机组和动力电缆。而由公式：电泵排量Q=泵腔有效体积V×电机转数n和公式：n=60f（1-s）/p得知，电泵排量Q与电机转数n成正比例函数的关系，与供电频率f也成正比例函数的关系，既调整供电频率f就可以准确调整电泵排量了，以上电泵欠载和过载两个问题就被有效的解决。
5 结论
总之通过沈阳油田在近十年对变频电力控制柜的使用，证明变频控制柜在电泵启动和产量合理调整及抽油机启动、无极调整抽油机冲次上的作用是高效科学、简单实用、安全可靠的，节约人力物力经济效益极好。
参考文献
[1] 孟庆学，王玉臣. 高凝油及其开采技术[J]. 石油科技论坛. 2006（05）
作者简介
温秉恕（1962-），男，辽宁省铁岭市人，1982年8月毕业于辽河石油学校采油工程专业，主要从事：油田低压电路及采油机电设备维护与故障处理、油田低压进网电工培训与安全用电管理。