变频调速技术在石油化工行业中的应用

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变频调速技术在石油化工行业中的应用

变频调速技术自二十世纪八十年代后，已广泛地应用于我国国民经济的各行各业。石油化工行业也不例外，不管是原油、天然气的开采，还是炼油、化工装置，直至下游最终化纤、塑料、化肥等都大量工艺应用了变频调速技术（特别是合成纤维工业，变频几乎是唯一方案变频调速技术自二十世纪八十年代后，已广泛地应用于我国国民经济的各行各业。石油化工行业也不例外，不管是原油、天然气的开采，还是炼油、化工装置，直至下游最终化纤、塑料、化肥等都大量工艺应用了变频调速技术（特别是合成纤维工业，变频几乎是唯一方案）。石油化工行业应用变频调速技术的理由有两个：变频调速技术在石油化工行业中的应用2010 年 12 月 3 日，第一，生产工艺的要求调速运行，提高产量和质量；第二，节能减排、的需要。因为石油化工行业有众多的离心式风机、泵类和气体压缩机，调速方式改变流量可以节省可观的电能。节电的同时就是减排有害气体，实现环保。 2 变频调速在石油钻机中应用（变频石油钻机）地质勘探到石油或天然气矿源，需要钻井地下数千米，开采到原油或天然气。因此，钻一个发现井（评价井），几个试验井以及大量的生产井。这样方才形成一定规模的油田井坊。石油钻机是石油开采的重要设备。钻机过去有柴油发电机组，交流电网供电及直流驱动钻机，目前交流变频钻机已成为新型电驱钻机，它具有诸多直流钻机无法比较的优越性，是石油钻机今后发展的趋势。石油钻机采用变频调速技术的理由（1）不同的断层地质，应有不同的钻机速度。调节转盘转速和钻进压力，从而改变钻机的钻进速度。（2）变频调速可以实现软起动，减小电流冲击，避免巨大的电磁应力和机械应力，延长钻机的使用寿命。（3）鉴于钻机工况的特殊性，当钻机遇到岩石等硬质层时，会发生卡机情况，电流会急剧上升。由于变频器采取了灵敏电流传感器取样及功率模块 igbt 管结压降措施，变频器会在 10ms 极短时间内输出，了钻机设备。石油钻机变频调速应用实例

应用实例 1：市石油管理局井下钻井公司 3000 米深度的钻机。采用山东新风光电子公司风光牌 jd-bp32-500z 专用钻机变频器，3φ，380v，500kw、940a。应用实例 2：50103 队应用在 2900 米和 4500 米井上。采用 abb 公司 acs600 系列变频器七台，等级。山东永济电机厂提供七台 800kw 变频电动机，上海三高石油设备公司制造 5000 米交流变频钻机，

50dbs 全变频电控系统。 3 采油用抽油泵和潜油泵的变频调速系统采油工作任务就是最大限度地将原油从油层中采到地面上来，油井是连结油层和地面的通道。采油方法是指流到井底的原油采到地面上所用的方法。一般有二种： 1）自喷采油（利用油田内的本身能量）；2）人工举升采油（利用能量）或称机械采油。鉴于我国多数油田的天然能量不足，自喷采油方法很少见。所以采用两种抽油机，有杆泵往复式抽油机（又称式抽油机）及地下潜油离心式电动泵抽油机。

游梁式抽油机（又称式抽油机）变频调速游梁式抽油机的结构抽油机是抽油井地面机械传动装置，它和抽油杆、抽油泵配合使用，能将井下原油抽到地面。按照抽油机的结构和工作原理不同可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。目前油田主要是游梁式抽油机。抽油机的工作原理

由电机供给动力，经减速装置将马达的高速旋转变为抽油机的低速运动，并由曲柄——连杆——游梁机构将旋转运动变为抽油机的往复运动，带动深井泵工作。抽油机调节抽油量的方法抽油机井下深井泵（有管式泵和杆式泵两种）其结构如图 1 所示。深井泵的工作原理：当活塞上行时，吸液体入泵，排液体出井；活塞下行时，泵筒内液体转移入油管内，不排液体出井。从油井采出的水是由无到有，由低到高；而采出的原油则由高到低逐步下降。因此，抽油机应根据井下含水的上升，

不断地加大抽液量，见图 2。

图 3 为式抽油装置示意图: ●地石阶旋转运动变为往复运动; ●抽油杆（约 8 米长）连接驴头和深井泵；●活塞式（容积式）深井泵。变频调速游梁式抽油机，驱动电动机由变频器供电，不需要机械变速挡和调节过程。若采用变频调速的游梁式抽油机，无极平滑调节电机转速，即可调节深井泵的抽液量。不需要停机更换盘，也无需改变深井泵活塞的冲程，还可以实现电动机软起动。由于采用变频调速系统，使抽油机动态适应油井负荷变化，也可方便地进行参数调节可实现最经济的控制。同时其软起动性能好，可延长抽油机寿命，减少维修费用。应用实例 1：某油田抽油机采用变频调速。采用伦茨变频器，，一次 128 眼油井，收到了良好的节电，节电率在 20%以上，增产效果亦较理想。应用实例 2：临盘采油厂游梁式抽油机应用中压三电平变频器，1140v/75kw 电动机。在该厂 34—4 站，l45—15#上试验，节电效果良好。

潜油电动离心泵抽油机的变频调速由于有杆深井泵采油不适用于：●油层厚度大；●出油能力强；●产液量高的油井。而潜油离心电泵，具有排量大，扬程高的特点，适应大液量开采的油田。

图 4 为潜油电泵装置示意图。变频器及电气控制设备在地面上，电动机和多级离心泵在几千米的井下。潜油离心泵采用变频调速的理由 1）频率变化范围（30～90hz）进行系统试井，使电泵机组与油井产能以最佳匹配； 2）调整电泵排量，使之适应油井供液情况，减少“起下泵”的次数； 3）可实现低速软起动，逐步加速，延长潜油泵机组的寿命。

潜油电泵专用变频器特殊要求因为油井深数千米，变频器与电动机之间距离也是数千米，因此要求变频器输出波形为正弦波，谐波愈小愈好。否则线压降很大，电机无输出力矩，拖不动负荷。一般宜采用功率单元的多电平完美无谐波变频器（robicon 电）。应用实例：渤海石油公司，中海油集团（中国海上石油、天然气集团公司）海上采油平台，潜油电泵变频调速。利德华福公司变频器 15 台，输出 1100v 电压，90a 运行正常。电动机 15 台，输入 970v 电压，44a（电缆压降≈230v） 4 油田注水泵站中的变频调速为什么要注水？我国多数油田的天然能量不足，所以都采用注水采油方法。分层注水向油层补充能量（以水驱油）保持油层压力，是当前提高采油速度和油田采收率一项应用最广的措施。特别是陆相沉积的油田，油层多，岩性变化大，分层注水是改善油田开采状况，提高采收率的重要措施。注水泵站设备注水站的作用和主要设备如图 5 所示。

把来自水源并经过处理合格的水，经高压注水泵升压，以满足注水井所需的注入压力。然后通过输出水管网，注入到油层中去。油田工况需调流量

由于各个油田含油面积的大小，油层渗透率的高低和连通情况各不相同，因此要根据油田各自的特点选择适宜的注水方式。及时掌握和调整泵压输水管线压力。变频调速注水泵油田注水泵站若采用变频调速系统，可以平滑无极地调节注水泵的出口压力和流量。控制系统能做到“恒压力”供水或“恒流量”供水。省去既往采用的调节阀门方式，可以节能。由于注水泵一般为 6kv 高压，大容量 800～2000kw，可以节能，效益好。我国的油田，早在 60 年代开发初期就进行人工注水，及时补充油层能量，使油田产量和气油比保持稳定。

5 油田中油气集输站变频调速技术应用油田各井坊采来的原油或天然气，汇送至油田集输站处理。收集各油井产出的原油（或天然气）及其伴生物，经分离、计量后汇集输送至处理站。