变频调速技术在三次采油中的应用

1前言 在原油开采过程中，初次采油一般依靠地底压力让原油自喷而出；此后由于地下压力减小，不得不往地下注水将油驱出，称二次采油。当前，中国多数油田处于二次采油晚期，每百吨采出液体中，含水量高达９５%，综合原油采收率只有３０％多一些，６０％多的石油仍然留在地下无法采出。在实际中多数采用的是三次采油。 三次采油概述：从地面注入各种驱油介质-各种化学物质、溶剂、热载体、各种物理方法等进行生产的阶段，采收率约为50%--70%。是以开采二次采油阶段剩余为目标所采取的各种增加原油产量的措施，包括各种物理及化学驱油措施。提高原油采收率是指为增加二次采油阶段剩余油产量的各种措施，其意义更加广泛；还包括如单井吞吐、近井地带处理以及水平井开采技术等。聚合物驱技术是隶属于三次采油阶段的"提高采收率" 技术中的一种强化采油工艺技术，通常是在水驱开发基础上进行的，所以又称为改善水驱，是向地层注入高粘度的聚合物溶液来大大降低流度比、扩大波及体积、提高驱油效率从而提高采收率的驱油工艺。 聚合物驱三次采油比水驱提高采收率100％以上，是东部老油田高含水后期保持稳产的重要措施之一。大庆油田、大港油田、胜利油田,河南油田开展了聚合物驱油，大庆油田聚合物驱年产油量已达1000万吨以上。聚合物驱油技术对保持油田稳产起到了重要的作用。尤其是在石油勘探新增储量十分有限的老油田，因面临后备储量严重不足、油田产油量逐年递减、井网加密增加可采储量十分有限、高含水阶段措施难度极大，其增油量已无法弥补油田的递减的情况下，对于解决“如何保持原油生产的持续稳产与高产”这一难题时通常优先考虑采取的。因此,迅猛发展的三次采油技术,为老油田的稳产接替和提高采收率展开了广阔的前景，进行三次采油、提高原油采收率，是减缓中国多数油田衰老速度、维持中国原油稳产、减少中国对国外原油依赖程度的战略要求。将变频调速技术应用于三次采油技术不但提高了产量，而且具有环保和节能性，在油田推广具有深远的意义。 2 变频调速的工作原理 变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n =60× f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数），通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的；通过改变定子供电频率f，就可以改变电机转数n，变频后的交流电作用于电机，改变电机转数进而改变电机输出功率；在调节过程中，电机转速大部分时间里都低于额定转速，在频率调节范围以及改变频率后电机的特性等方面，都具有明显的优势。 流量计在获取流量信号后,送到PID调节器,再由PID送入变频器,由变频器输出的信号可以显示在PID面板上,对PID输出进行设定,最终信号去控制电机的转速,既而影响流量,形成了一个闭环控制系统回路。不但控制精度高、运行平稳，节能效果也非常明显。 结合PID调节能大大减少电机启动次数。现场调节注聚量只需对PID进行设定，根剧配注方案,对PID输出进行设定只需一个人几分钟就可完成，方便快捷、安全可靠，减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率。 采用变频调速技术改变泵的转速来控制现场过程参数，要比采用阀门调节更为节能，设备运行工况也将得到明显改善。闭环控制框图如下： 图２ 闭环控制框图 3 变频调速技术在聚和物驱油系统中现场应用效果分析 ⑴ 2006年4月我厂在古城油田的B123区块建成并投用聚和物驱油系统。注聚系统90%以上的用电量消耗在注聚泵电机上。B123区注聚站有注聚泵14台。2006年5月7日---5月22日设备调试运行期间，对G2505、 G2506、 G2705、 B123-3、 G2407、 5口井进行了现场测试，在注入压力，注入量都不变的情况下。这5口井用工频运行平均单井有功功率为9.86KW，改为变频运行平均单井有功功率为7.98KW，有功功率降低了1.88KW,平均单井日节电45.09KW.H,节电效果明显。从B123区注聚站应用的14台变频器使用情况分析，平均单井日节电45.09KW.H,全站14台变频器每年可节电23.05万KW/H。电费按0.72元/KW.H计算，全站14台变频器每年可节约电费16.59万元。 ⑵ 注聚泵采用工频运行依靠调节旁通阀门的开度控制泵排量，无法有效地解决注聚泵排量和注聚区块实际需要注入量的矛盾，无法保证注入浓度和实现聚合物溶液的连续注入。 将变频调速技术，流量计及PID控制技术结合应用在注聚泵上；实现了自动控制，运行平稳,提高了注入聚合物设计量和注聚区块实际需要量的精确注入计量，保证了聚合物注入浓度和聚合物溶液的连续注入；提高了注聚效率，为降水增产打下了基础。 ⑶ 电机直接启动，启动冲击电流大，机械冲击大、电气保护差；这对管路、泵体和阀门的密封性能形成威胁和破坏；影响设备使用寿命，增加了设备的故障率。而变频控制稳定的软起动功能降低了电机起动电流，减小了起动冲击电流对供电电网的影响，起到了优化电网的作用。变频器安装使用后它的软起动功能减缓了泵腔、阀体的磨损及泵体、电机等工艺设备因振动而带来的隐患和损耗，延长了设备使用寿命；减少了设备故障停机率。采用变频调速技术设备机械磨损小，噪音明显下降；减少了阀门、泵体、电机等相关设备的维护、修理、更换等工作量，降低了工人的劳动强度。 ⑷ 该系统经过半年多的运行，变频器运行稳定，已有20多口井受益,部分井综合含水下降1%--4%,产量有所上升。同时使设备维护、维修费用居高不下，能源浪费和设备损耗等；困扰注聚站节能降耗、降低生产成本的难题得到解决。 4结束语 虽然变频器初次安装费用较高，但是变频调速技术在改善设备运行工况，提高系统的安全性、可靠性、延长设备使用寿命、降低劳动强度、提高工作效率、节能降耗等方面有着很大的潜在的优势。我厂是能耗单位，因此，随着应用范围的不断扩大，其潜在的综合效益将会得到充分的体现。 作者简介：党建军,男,1969年生,仪表工,维修电工。现在从事仪表,电气维修工作。电话：0377-63840231 参考文献：《油层物理学》 作者：秦积舜 李爱芬 中国石油大学出版社 2003年9月。 《变频调速应用实践》 作者：张燕宾 机械工业出版社 2000年12月。 《常用变频器功能手册》 作者：张燕宾 机械工业出版社 2004年9月。