1　項目背景

大慶油田自1959年第一口井開(kāi)始，已開(kāi)采近60年，創(chuàng )造了連續27年超5000萬(wàn)噸原油的高產(chǎn)穩產(chǎn)奇跡。以長(cháng)垣為代表的主體采油區，含水量高達95%，形成了老區“雙特高”，而外圍采油區卻是低滲透、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、復合驅、壓驅等物理、化學(xué)手段，可以進(jìn)一步挖潛，但總體來(lái)說(shuō)開(kāi)采難度越來(lái)越大，開(kāi)采成本越來(lái)越高，也會(huì )造成不可逆轉的環(huán)境污染。因此，對采油技術(shù)進(jìn)行升級，實(shí)現降耗增產(chǎn)、挖潛成為必然要求。

2　解決方案

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

（1）對于富油區，通過(guò)調速來(lái)調節沖次，提高產(chǎn)量，相比于工頻時(shí)調節皮帶輪，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，除了降低沖次，還有幾種創(chuàng )新性的方式，如對稱(chēng)擺動(dòng)間抽、半幅擺動(dòng)間抽、定時(shí)間抽等，具體采用哪種方式可以根據油井的含蠟情況、環(huán)境溫度情況、出油率等確定。在定時(shí)間抽時(shí)，電機可以停止轉動(dòng)，也就降低了電機在低速低能效區的無(wú)謂消耗。

（3）對于不平衡性的處理，井下的液位是實(shí)時(shí)變化的，而機械系統的平衡卻不是實(shí)時(shí)調節的，造成很大的不平衡，即對電機來(lái)說(shuō)處于發(fā)電狀態(tài)。工頻運行時(shí)，發(fā)電的能量通過(guò)變壓器返回電網(wǎng)，而使用兩象限變頻器時(shí)，一般處理是通過(guò)制動(dòng)單元和電阻的能耗制動(dòng)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(jiǎn)單的方式是變頻器設計時(shí)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(shí)現。復合方案5，其本質(zhì)上是利用軟件算法將電機發(fā)電的能量轉換為系統的動(dòng)能；而電機需要做大的正功時(shí)，一部分能量來(lái)自前面轉換的動(dòng)能，一部分來(lái)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）對于系統節能的考慮，節能降耗是社會(huì )全行業(yè)都需要考慮的問(wèn)題，針對采油設備在使用變頻之后，與工頻相比會(huì )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(dòng)時(shí)需要高起動(dòng)轉矩，而運行時(shí)多數在輕載狀態(tài)，因此可以針對這種負載類(lèi)型，單獨設計合理的節能算法，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(xiàn)的設計方案，使能量有效流轉，降低前端變壓器的容量，相應也降低了投資。

3　效益分析

在采油設備上使用變頻器，綜合來(lái)看，有如下優(yōu)勢：

（1）可以無(wú)極調速，調整沖次方便，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備更換成本；

（2）電參數、沖次、平衡率等實(shí)時(shí)顯示，方便操作工數據采集；

（3）起動(dòng)過(guò)程避免了工頻直接起動(dòng)的電網(wǎng)沖擊和機械沖擊，延長(cháng)了皮帶、齒輪箱、連桿等設備的壽命，減少了維護量；同時(shí)對電機的起動(dòng)轉矩要求降低，起動(dòng)時(shí)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，降低了系統的無(wú)功損耗，也無(wú)需無(wú)功補償；

（5）變頻器本體具有多種保護功能，可以有效檢出設備的運行狀態(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(shí)施推廣數字化油田；

（7）經(jīng)測試單井有功節電率在4%~12%不等，具體數據如表2所示。

表2 單井節能測試數據

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

前面從便利性、節能、維護、投資等幾方面說(shuō)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(cháng)期低速運行時(shí)的散熱問(wèn)題，電網(wǎng)側的5、7、11、13等次諧波高等，這些可以通過(guò)電機選型設計或者采取一些低成本的濾波措施得以減緩。

綜合來(lái)看，在油田推廣使用變頻器還是利大于弊的。

精彩對話(huà)

希望森蘭科技股份有限公司副總工程師任光法

自動(dòng)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)勢主要體現在哪里？

任光法：石油化工行業(yè)上下游橫跨了勘探設備、采油設備、管道輸送，到煉油廠(chǎng)、石化廠(chǎng)等諸多領(lǐng)域，應該說(shuō)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(chǎng)合的防爆產(chǎn)品、高可靠性長(cháng)壽命產(chǎn)品等。

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

自動(dòng)化博覽：您如何看待中國石油化工行業(yè)的未來(lái)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(kāi)，相比于煤化工、生物質(zhì)，石油仍然頗具優(yōu)勢，個(gè)人認為將有廣闊的發(fā)展全景。相信，未來(lái)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(yíng)與社會(huì )和自然環(huán)境相協(xié)調的生態(tài)型發(fā)展。

國際原油價(jià)格從2014的幾近腰斬開(kāi)始進(jìn)入低油價(jià)的“寒冬”，對國內的油企來(lái)說(shuō)，出現了價(jià)格倒掛，一些油田也采取了關(guān)停部分采油區的措施。即通過(guò)降低采油過(guò)程中能耗、物耗和人力消耗，從而降低成本。而變頻器以其節能降耗、工藝調速的特點(diǎn)，必將在石化行業(yè)的升級、轉型中發(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(lái)會(huì )更加關(guān)注細分市場(chǎng)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年2月刊