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1　項目背景

大慶油田自1959年第一口井開始，已開采近60年，創(chuàng)造了連續(xù)27年超5000萬噸原油的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)奇跡。以長垣為代表的主體采油區(qū)，含水量高達95%，形成了老區(qū)“雙特高”，而外圍采油區(qū)卻是低滲透、低產(chǎn)量、低豐度的“三低”狀況。目前，普遍采取精細注入、聚合物驅(qū)、復合驅(qū)、壓驅(qū)等物理、化學手段，可以進一步挖潛，但總體來說開采難度越來越大，開采成本越來越高，也會造成不可逆轉(zhuǎn)的環(huán)境污染。因此，對采油技術(shù)進行升級，實現(xiàn)降耗增產(chǎn)、挖潛成為必然要求。

2　解決方案

眾所周知，變頻器被稱為“工業(yè)維生素”，早在七年前希望森蘭就開始探索將變頻器引入到油田采油設(shè)備中，如螺桿泵、游梁式抽油機（俗稱磕頭機）、塔架式抽油機等，不斷的摸索、試驗、創(chuàng)新、優(yōu)化，總結(jié)出適用于各種工況的運行模式。

（1）對于富油區(qū)，通過調(diào)速來調(diào)節(jié)沖次，提高產(chǎn)量，相比于工頻時調(diào)節(jié)皮帶輪，極大降低了工作強度，避免了停工造成的產(chǎn)量損失。

（2）對于貧油區(qū)，除了降低沖次，還有幾種創(chuàng)新性的方式，如對稱擺動間抽、半幅擺動間抽、定時間抽等，具體采用哪種方式可以根據(jù)油井的含蠟情況、環(huán)境溫度情況、出油率等確定。在定時間抽時，電機可以停止轉(zhuǎn)動，也就降低了電機在低速低能效區(qū)的無謂消耗。

（3）對于不平衡性的處理，井下的液位是實時變化的，而機械系統(tǒng)的平衡卻不是實時調(diào)節(jié)的，造成很大的不平衡，即對電機來說處于發(fā)電狀態(tài)。工頻運行時，發(fā)電的能量通過變壓器返回電網(wǎng)，而使用兩象限變頻器時，一般處理是通過制動單元和電阻的能耗制動消耗掉多余的能量。處理方式以及各種方式的成本對比和可靠性情況如表1所示。

表1 幾種再生能量的處理對比表

表1中方案4，最簡單的方式是變頻器設(shè)計時增加電容容量，次之是用其他儲能器件如超級電容等加DC-DC變換實現(xiàn)。復合方案5，其本質(zhì)上是利用軟件算法將電機發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的動能；而電機需要做大的正功時，一部分能量來自前面轉(zhuǎn)換的動能，一部分來自變頻器的輸出；理想狀態(tài)是從電網(wǎng)吸收的有功為恒定值。

（4）對于系統(tǒng)節(jié)能的考慮，節(jié)能降耗是社會全行業(yè)都需要考慮的問題，針對采油設(shè)備在使用變頻之后，與工頻相比會增加變頻本體的損耗，一般在2%左右。針對廣泛應用的比較典型的磕頭機，起動時需要高起動轉(zhuǎn)矩，而運行時多數(shù)在輕載狀態(tài)，因此可以針對這種負載類型，單獨設(shè)計合理的節(jié)能算法，如自尋優(yōu)算法。針對井組或群井，可以采用整體共直流母線的設(shè)計方案，使能量有效流轉(zhuǎn)，降低前端變壓器的容量，相應也降低了投資。

3　效益分析

在采油設(shè)備上使用變頻器，綜合來看，有如下優(yōu)勢：

（1）可以無極調(diào)速，調(diào)整沖次方便，徹底突破了靠皮帶輪、雙速電機等的限制，降低了人力成本和設(shè)備更換成本；

（2）電參數(shù)、沖次、平衡率等實時顯示，方便操作工數(shù)據(jù)采集；

（3）起動過程避免了工頻直接起動的電網(wǎng)沖擊和機械沖擊，延長了皮帶、齒輪箱、連桿等設(shè)備的壽命，減少了維護量；同時對電機的起動轉(zhuǎn)矩要求降低，起動時對電機的電流沖擊也極大降低，電機的功率也可以適當降低；

（4）提高了電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低了系統(tǒng)的無功損耗，也無需無功補償；

（5）變頻器本體具有多種保護功能，可以有效檢出設(shè)備的運行狀態(tài)，并預報警，如接地、斷桿、皮帶斷裂等故障；

（6）變頻器一般具有通訊功能，便于后期實施推廣數(shù)字化油田；

（7）經(jīng)測試單井有功節(jié)電率在4%~12%不等，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 單井節(jié)能測試數(shù)據(jù)

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，使用變頻后，沖次普遍比工頻高，但電耗比工頻低，且無功消耗基本可以忽略，也側(cè)面說明了使用變頻器后，電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)得以提高。測試的數(shù)據(jù)沒有具體的產(chǎn)液量，并不嚴謹，但在測試時，同一口井的不同方式的測試是緊湊進行的，井下液位變化可以忽略不計。

前面從便利性、節(jié)能、維護、投資等幾方面說明了使用變頻器的好處，通常使用變頻器，也有一些固有的弊端，如對電機絕緣的要求比普通電機高，長期低速運行時的散熱問題，電網(wǎng)側(cè)的5、7、11、13等次諧波高等，這些可以通過電機選型設(shè)計或者采取一些低成本的濾波措施得以減緩。

綜合來看，在油田推廣使用變頻器還是利大于弊的。

精彩對話

希望森蘭科技股份有限公司副總工程師任光法

自動化博覽：希望森蘭能夠為石油化工行業(yè)提供哪些產(chǎn)品和解決方案？核心優(yōu)勢主要體現(xiàn)在哪里？

任光法：石油化工行業(yè)上下游橫跨了勘探設(shè)備、采油設(shè)備、管道輸送，到煉油廠、石化廠等諸多領(lǐng)域，應該說凡是用到電機的地方，都可以應用變頻器。我們都有相應的產(chǎn)品可以提供，如管道輸送的高、低壓變頻器，化工場合的防爆產(chǎn)品、高可靠性長壽命產(chǎn)品等。

希望森蘭從1995年開始自主研發(fā)，到1998年開始量產(chǎn)變頻器，歷經(jīng)20年持續(xù)不斷的積累，沉淀了技術(shù)，積累了豐富的市場應用經(jīng)驗，如今擁有不斷創(chuàng)新的服務體系和精益求精的產(chǎn)品品質(zhì)。未來，希望森蘭將堅持以客戶為中心，更加貼近客戶，為客戶實現(xiàn)增值，實現(xiàn)產(chǎn)品的全生命周期的管理。

自動化博覽：您如何看待中國石油化工行業(yè)的未來發(fā)展前景？希望森蘭對此將如何布局？

任光法：石化行業(yè)與我們生活息息相關(guān)，衣食住行都離不開，相比于煤化工、生物質(zhì)，石油仍然頗具優(yōu)勢，個人認為將有廣闊的發(fā)展全景。相信，未來的石化企業(yè)將不再是重污染企業(yè)的代表，而是向企業(yè)經(jīng)營與社會和自然環(huán)境相協(xié)調(diào)的生態(tài)型發(fā)展。

國際原油價格從2014的幾近腰斬開始進入低油價的“寒冬”，對國內(nèi)的油企來說，出現(xiàn)了價格倒掛，一些油田也采取了關(guān)停部分采油區(qū)的措施。即通過降低采油過程中能耗、物耗和人力消耗，從而降低成本。而變頻器以其節(jié)能降耗、工藝調(diào)速的特點，必將在石化行業(yè)的升級、轉(zhuǎn)型中發(fā)揮更大的作用。我們一直在努力拓展變頻器在石化行業(yè)的應用，未來會更加關(guān)注細分市場。

摘自《自動化博覽》2018年2月刊