目前,国内油田为保证持续的高产、稳产,大量使用潜油电泵,它被安装在地下1000m~3000m深的井里,泵在电动机的带动下高速旋转,将油抽到地面上来。传统的工作方式是电网直接供电,工程上称其为全压工频工作。这种全压工频方式有许多弊端:
(1)对于复杂断块油田来说,油水井的对应连通性差,部分潜油电泵井出现供液不足,影响到潜油电泵的正常生产及井下机组的运转寿命。当井下油量不富裕时,容易抽空,甚至死井,一旦死井则损失惨重。尤其海上平台在采油时,因为油层稠度大,流动性差,潜油电泵在抽油的过程中不能一下运行到额定转速,否则会出现油层因压力变化过快而断开,电泵只能抽到少量距井口近的油,远离井口的原油因不能够流动,电泵将断液而导致油井报废。并且一旦发生抽空时,定转子将出现干磨,容易产生烧泵的事故。
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(3)电泵在井下几千米处,供电电缆上有100多伏的线路损耗,影响电机的正常供电。
(4)潜油泵不能根据生产情况调整输出功率,造成巨大的能源浪费,难以使电泵工作在最佳工况点上。
2 解决措施
如果用变频器给潜油电泵供电,这些问题则可以迎刃而解。变频器能实现电机的软启动,即低压、低频启动www.cechina.cn,电机是慢慢加速起来的CONTROL ENGINEERING China版权所有,工作频率不一定是额定频率,而是随意设置或调整,还可以根据井底油压高低自动调整转速,实现转速闭环控制。因此,海上采油平台潜油电泵配套使用变频调速装置,既是生产工艺的要求,也是保证机组安全可靠运行的需要。
3 潜油电泵用中压变频器的分类
潜油电泵的工作电压一般为三相50Hz,660V,1140V,1450V,1750V,2400V等,依据井深不同而有不同的电压。目前市场上的该类变频器产品主要有2种类型:二极管箝位三电平和单元串联多电平形式。主回路示意图分别如图1和图2所示。
相对传统的三电平变频器,采用多电平中压变频器驱动潜油电泵具有如下优点:
(1)输出电压突变率降低20%。采用多电平技术控制比起一般传统三电平控制技术,其dv/dt要低20%以上;因此电机承受的电压应力相对减少许多。
(2)输出电压波形更佳,由于采用4组H桥串联,因此输出的波形为9电平,谐波更低,正弦度高CONTROL ENGINEERING China版权所有,输出不需要滤波器,电机运转效率更好。
(3)网侧谐波污染更少CONTROL ENGINEERING China版权所有,由于采用24脉冲整流,比传统三电平技术使用的12脉冲整流对电网的谐波注入更小,无需任何输入谐波抑制器,就完全符合IEEE519-1992和GB/T14549-93相关标准最严格的要求。
4 实际应用效果
2005年中海油渤海石油公司NB35-2WHP海上平台一次使用了15台北京利德华福电气技术有限公司生产的