摘要：在稠油、供液能力较差间出的抽油机井上，利用动态节能控制装置替代原来的普通电动机控制箱，通过变频调速，降低抽油机冲次，提高抽油泵效率，避免抽油机空抽现象，实行软启动，提高电动机功率因数，达到节电的目的。

关键词：变频调速；抽油机；节能应用

一、引言

油田开发后期，抽油机采油是原油开采的主要生产方式。我们常用的抽油机通常是由交流异步电动机拖动的，电动机拖动抽油机再带动抽油杆及其底部连接的活塞，使活塞在油管下部的泵筒中做上下往复运动，从而把原油液提升到地面。由此可以看出，抽油机是一种峰谷性负荷，当抽油机上行即抽油杆向上运动时，电动机拖动抽油机带动抽油杆向上运动，把原油液提升到地面，此时电动机的出力大、电流大、负荷重；当抽油机下行即抽油杆向下运动时，抽油机由电动机拖动加上抽油杆等的重力带动抽油机运行，此时电动机的出力小、电流小、负荷轻。抽油機运行一个冲程（上行、下行连续运行各一次即一个周期）内，电动机的电流将会出现峰值和谷值。

抽油机一般情况下是24小时连续运行不停地生产，并且冲次（抽油机每分钟运行的冲程数）是固定的。然而，井下油层的情况是复杂的，每一口油井的情况不尽相同，有稀油井、有稠油井、有供液能力好的井、也有供液能力差的井。供液能力好的稀油井，每天所采出的液量比较稳定，电动机不会出现做无用功的现象，其耗电量也相对固定；供液能力差或稠油的井，有时候会出现原油液充不满泵筒，造成抽油泵效率降低抽出的液量减少，严重时会无泵效抽不出原油液来，这时，电动机就会出现做无用功的现象，功率因数也会降低，白白地浪费电能。针对这种情况，我们引用变频调速技术，对电动机供电频率进行调整，使抽油机的冲次降低到供液能力跟得上采出速度，每一个冲程都能够采出原油液，保证抽油泵效率、提高电动机功率因数，避免电动机做无用功，减少电能的浪费。

二、工作原理

在供液能力较差的抽油机井上，利用动态节能控制装置替代原来的普通电动机控制箱，其结构如图所示，由变频器、单片机微控中心、电动机控制器等，以及安装在抽油机光杆方卡子上的载荷仪组成。

在动态节能控制装置面板上，可通过键盘对频率、电流、抽油机载荷等参数进行设定，这些参数需要根据抽油机运行在正常产液状态下一个冲程的实际数值来确定。动态节能控制装置的频率调整在工频和最低频率之间分成多段运行。

抽油机运行时，安装在抽油机光杆方卡子上的载荷仪，将采集到的载荷数据传送到微控中心，微控中心从一个冲程中抽取最大值与设定的载荷值进行对比，如果最大值不小于设定值，则电动机保持工频状态运行，抽油机冲次不变；如果最大值小于设定值，电流也同时小于设定值，则说明井筒里的液面下降，供液能力变差，这时，微控中心向变频器发送调频指令缓慢下调频率，降低电动机转速，减小抽油机冲次，使井筒中的液面慢慢回升；频率下调至最小设定值时，电动机保持最低转速运转，抽油机运行在最小冲次。供液能力恢复后，负荷增加，载荷值上升，电动机电流上升，这时，微控中心通过与设定的最小值对比后向变频器发送调频指令缓慢上调频率，逐渐提高电动机转速，增大抽油机冲次，使抽油机采出液量增加，当载荷值接近等于设定的最大值时，电动机转为工频运行。通过调节频率的大小，改变电动机转速、抽油机冲次，使抽油机运行时的每一个冲程都够采出原油液来。

三、效果分析

（一）调速节能

一般泵类负荷，其耗电功率P与转速N的三次方近似成正比，当调整转速N满足一定生产要求时，耗电功率可成比例变化。例如：一台水泵电动机功率为55kW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16KW，省电48.8%，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875KW，省电87.5%。

电动机同步转速n=60f/p，从公式可以看出，电动机的转速N与电源频率f和磁极对数有关，而一台电动机的磁极对数是固定的，那么电动机的转速随电源频率的改变而改变。在抽油机运行中，供液能力变差后负荷下降，动态节能控制装置自动适应载荷，对频率进行下调，降低电动机转速，减少耗电功率，同时避免了做无用功的现象，实现了节能。

（二）无功补偿节能

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重。由于抽油机是一种峰谷性负荷，功率因数一般在0.5左右。动态节能控制装置安装有变频器，变频器内部有滤波电容，具有功率因数补偿功能，因此，动态节能控制装置可取代原有的控制箱启动器、电容补偿器，使系统趋向一体化，保证电动机功率因数COSφ在0.95以上，从而减小设备损耗，减小线路损耗，改善了电网，增加了装机容量，达到了节能目的。

（三）软启动节能

抽油机使用的电动机一般都是三角型接法，且带负荷直接启动，启动电流等于（3-7）倍的额定电流，对电动机和供电电网造成很大的冲击，导致对电网容量要求过高，而且启动时产生的大电流和震动对设备极为不利；采用动态节能控制装置的软启动功能，使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，达到了节能的目的，同时，能延长设备使用寿命及维修周期，减少设备维修费用。

四、应用实例

采油二厂结合生产实际，选择五口稠油、间出的抽油机井，安装了动态节能控制装置，并对安装前后的生产数据进行了对比（见表），节电效果明显，日节电量最多的一口井达245千瓦时。

五、结论

在油田开采生产中，针对稠油、供液能力差的间出抽油机井，利用变频调速技术，降低抽油机的冲次，提高了抽油泵效率，避免了电动机做无用功的现象，节能效果显著，同时，延长了设备使用寿命及维修周期，减少设备维修费用，为油田企业降本增效发挥积极的作用。

作者简介：刘传江 1964年，本科，中原油田分公司采油二厂工程师。