1　项目背景

大庆油田自1959年第一口井开始，已开采近60年，创造了连续27年超5000万吨原油的高产稳产奇迹。以长垣为代表的主体采油区，含水量高达95%，形成了老区“双特高”，而外围采油区却是低渗透、低产量、低丰度的“三低”状况。目前，普遍采取精细注入、聚合物驱、复合驱、压驱等物理、化学手段，可以进一步挖潜，但总体来说开采难度越来越大，开采成本越来越高，也会造成不可逆转的环境污染。因此，对采油技术进行升级，实现降耗增产、挖潜成为必然要求。

2　解决方案

众所周知，变频器被称为“工业维生素”，早在七年前希望森兰就开始探索将变频器引入到油田采油设备中，如螺杆泵、游梁式抽油机（俗称磕头机）、塔架式抽油机等，不断的摸索、试验、创新、优化，总结出适用于各种工况的运行模式。

（1）对于富油区，通过调速来调节冲次，提高产量，相比于工频时调节皮带轮，极大降低了工作强度，避免了停工造成的产量损失。

（2）对于贫油区，除了降低冲次，还有几种创新性的方式，如对称摆动间抽、半幅摆动间抽、定时间抽等，具体采用哪种方式可以根据油井的含蜡情况、环境温度情况、出油率等确定。在定时间抽时，电机可以停止转动，也就降低了电机在低速低能效区的无谓消耗。

（3）对于不平衡性的处理，井下的液位是实时变化的，而机械系统的平衡却不是实时调节的，造成很大的不平衡，即对电机来说处于发电状态。工频运行时，发电的能量通过变压器返回电网，而使用两象限变频器时，一般处理是通过制动单元和电阻的能耗制动消耗掉多余的能量。处理方式以及各种方式的成本对比和可靠性情况如表1所示。

表1 几种再生能量的处理对比表

表1中方案4，最简单的方式是变频器设计时增加电容容量，次之是用其他储能器件如超级电容等加DC-DC变换实现。复合方案5，其本质上是利用软件算法将电机发电的能量转换为系统的动能；而电机需要做大的正功时，一部分能量来自前面转换的动能，一部分来自变频器的输出；理想状态是从电网吸收的有功为恒定值。

（4）对于系统节能的考虑，节能降耗是社会全行业都需要考虑的问题，针对采油设备在使用变频之后，与工频相比会增加变频本体的损耗，一般在2%左右。针对广泛应用的比较典型的磕头机，起动时需要高起动转矩，而运行时多数在轻载状态，因此可以针对这种负载类型，单独设计合理的节能算法，如自寻优算法。针对井组或群井，可以采用整体共直流母线的设计方案，使能量有效流转，降低前端变压器的容量，相应也降低了投资。

3　效益分析

在采油设备上使用变频器，综合来看，有如下优势：

（1）可以无极调速，调整冲次方便，彻底突破了靠皮带轮、双速电机等的限制，降低了人力成本和设备更换成本；

（2）电参数、冲次、平衡率等实时显示，方便操作工数据采集；

（3）起动过程避免了工频直接起动的电网冲击和机械冲击，延长了皮带、齿轮箱、连杆等设备的寿命，减少了维护量；同时对电机的起动转矩要求降低，起动时对电机的电流冲击也极大降低，电机的功率也可以适当降低；

（4）提高了电网的功率因数，降低了系统的无功损耗，也无需无功补偿；

（5）变频器本体具有多种保护功能，可以有效检出设备的运行状态，并预报警，如接地、断杆、皮带断裂等故障；

（6）变频器一般具有通讯功能，便于后期实施推广数字化油田；

（7）经测试单井有功节电率在4%~12%不等，具体数据如表2所示。

表2 单井节能测试数据

从表2的数据可以看出，使用变频后，冲次普遍比工频高，但电耗比工频低，且无功消耗基本可以忽略，也侧面说明了使用变频器后，电网侧的功率因数得以提高。测试的数据没有具体的产液量，并不严谨，但在测试时，同一口井的不同方式的测试是紧凑进行的，井下液位变化可以忽略不计。

前面从便利性、节能、维护、投资等几方面说明了使用变频器的好处，通常使用变频器，也有一些固有的弊端，如对电机绝缘的要求比普通电机高，长期低速运行时的散热问题，电网侧的5、7、11、13等次谐波高等，这些可以通过电机选型设计或者采取一些低成本的滤波措施得以减缓。

综合来看，在油田推广使用变频器还是利大于弊的。

精彩对话

希望森兰科技股份有限公司副总工程师任光法

自动化博览：希望森兰能够为石油化工行业提供哪些产品和解决方案？核心优势主要体现在哪里？

任光法：石油化工行业上下游横跨了勘探设备、采油设备、管道输送，到炼油厂、石化厂等诸多领域，应该说凡是用到电机的地方，都可以应用变频器。我们都有相应的产品可以提供，如管道输送的高、低压变频器，化工场合的防爆产品、高可靠性长寿命产品等。

希望森兰从1995年开始自主研发，到1998年开始量产变频器，历经20年持续不断的积累，沉淀了技术，积累了丰富的市场应用经验，如今拥有不断创新的服务体系和精益求精的产品品质。未来，希望森兰将坚持以客户为中心，更加贴近客户，为客户实现增值，实现产品的全生命周期的管理。

自动化博览：您如何看待中国石油化工行业的未来发展前景？希望森兰对此将如何布局？

任光法：石化行业与我们生活息息相关，衣食住行都离不开，相比于煤化工、生物质，石油仍然颇具优势，个人认为将有广阔的发展全景。相信，未来的石化企业将不再是重污染企业的代表，而是向企业经营与社会和自然环境相协调的生态型发展。

国际原油价格从2014的几近腰斩开始进入低油价的“寒冬”，对国内的油企来说，出现了价格倒挂，一些油田也采取了关停部分采油区的措施。即通过降低采油过程中能耗、物耗和人力消耗，从而降低成本。而变频器以其节能降耗、工艺调速的特点，必将在石化行业的升级、转型中发挥更大的作用。我们一直在努力拓展变频器在石化行业的应用，未来会更加关注细分市场。

摘自《自动化博览》2018年2月刊