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淺談變頻技術在油田中的應用

文檔作者：杜海全文檔來源：中國石油長城鉆探測井公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年09月23日
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上一篇：淺談油田管道設施遷建施工技術

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第42卷第1期
2016年1月
鉆井完井
Drilling and Completion
化工設計通訊
Chemi∞l Engineering Design Commuaications
淺談變頻技術在油田中的應用
杜海全
(中國石油長城鉆探測井公司，遼寧盤錦124000)
摘要：在現(xiàn)代油田開發(fā)中，技術人員都采用新一代的節(jié)能技術——變頻技術，這一項節(jié)能技術在油田生產中已經得到廣
泛的應用，通過這些年的不斷的運行實踐證明，它在油田節(jié)能降耗中起到舉足輕重的作用，就變頻技術在油田中的應用做一點
簡單的探討，希望能對油田生產起到一定的幫助。
關鍵詞：變頻器；節(jié)能；降耗液位
中圖分類號：TE937 文獻標志碼：A 文章編號：1003-6490(2016)01-0076--02
On the Application of Frequency Conversion Technology in Oilfield
Du Hai-quan
Abstract：The development of modem oilfield，technical staff have adopted a new generation of energy-saving technologiesinverter
technology，this one energy—saving technologies in oil production has been widely applied，through constant practice ofrunning
all these years has proved that it oilfield energy saving plays a pivotal role in this paper inverter technology in oilfield application to do
something simple discussion，hoping to play a helpful oil production．
Key words：converter；energy；consumption level
油田的開發(fā)自20世紀以來，一直受到各國政府的重視，
將各種高新技術應用于油田開發(fā)中，將油田開發(fā)的成本有效降
低，同時也提高油田開采的安全系數(shù)。自20世紀開始，一種
新的技術開始廣泛應用于油田中，節(jié)能、環(huán)保、高效，這個技
術就是高壓變頻技術，隨著時代的發(fā)展，高壓變頻技術在油田
中的應用越來越多樣化，技術人員正在不斷開發(fā)出這項技術的
新的功效，相信高壓變頻技術能為油田的發(fā)展帶來更好的效益。
1幾種高壓變頻的基本原理
1．1高—低一高變頻器
在油田開發(fā)中，技術人員通常都需要用一臺變壓器把高
壓不斷調低，直至變成低壓，當油田內的氣壓發(fā)生變發(fā)，再
將低壓通過變頻器變頻和輸出，升為高壓。高一低一高變頻
器的最大優(yōu)點就是該機械的性價比高，機械本身的價格比較
低，使用的人力較少，單人操作即可，不過，也有很大的缺點，
就是機械體積龐大，占地面積不斷增加，而開發(fā)成本也不斷
提高，增加了變壓器的損耗，導致變頻器的可靠性大幅度降低，
在油田的開采中，開采低速時變壓器的效率不斷降低，而變
頻器的功率因數(shù)也在不斷降低。
1．2低一高方案
在油田開發(fā)中，技術不僅是采用高低高一種變頻技術，
當壓力發(fā)生變化時，還會采用通用型的變頻器，使得變頻器
將最后輸出的電壓升壓為5一lOkv，在選用變頻器輸出時，應
當使用濾波器輸出。
1．3三電平高一高方案
技術人員可以通過變頻器本身內置的PID調節(jié)器，同時
配合使用PLC功能，光纖驅動傳輸信號安全隔離。
1．4多蓋化方案
在變頻器的運用中，多蓋化15個繞組變壓器，48個單項
變壓器，輸出高壓的變頻電機。
1．5 PWM整流器
PWM滿足IEEE一159．1992諧波標準，提供近似于1的功
率因數(shù)。并優(yōu)化了變頻的運行性能。此方案同時適用于AC電
杭器和喃離變壓器，加大了系統(tǒng)配置的靈活性。
1．6高一高方案
方案是輸入電源經過高壓斷路器，由整流、平波、逆變
收稿日期：2016-1—15
作者簡介：杜海全(1971一)，男，遼寧盤錦人，工程師，主要從事
測井資料采集，儀器應用研究工作。
·76·
及濾波器等直接高壓電氣元件輸出至高壓電機。當電機功率
超過120kw時建議采用12脈沖直接高進高出形式。
2變頻技術在油田中的重要應用
能源是人們賴以生存的物質基礎，隨著時代的不斷發(fā)展，
人民生活水平的不斷提高，在油田的進一步開發(fā)中，節(jié)能降
耗已越來越受到入門的重視，降低能耗就意味著提高效益，
在油田地面建設中，通過改進工藝節(jié)約能源，利用節(jié)能技術
降低能耗等。變頻器是一種使泵耗能更少、控制更精細、設
備壽命更長的產品，在油田生產中的應用越來越廣泛。
2．1在轉油站和脫水站中的應用
目前，已經有一部分油田己進入中后期開發(fā)階段，單井
產液量逐年下降，致使轉油站外輸泵運行過程中大馬拉小車
現(xiàn)象時常發(fā)生，為解決這個問題，結合自控技術，利用緩沖
罐液位信號對外輸泵進行實時變頻控制，每年可節(jié)約大量電
能。
2．2變頻技術的節(jié)能效果
在脫水站中，通常三相分離器液位控制是采用調節(jié)閥實
現(xiàn)的，一般情況下調節(jié)閥安裝在脫水泵出口，調節(jié)閥的開關
波動將導致泵出口壓力波動，使泵不能工作在它的最佳工作
泵頭，從而使泵的效率降低而耗電量增加，結合自控技術，
采用變頻器控制不但能使泵工作在最佳泵頭，而且節(jié)約電能。
此項技術在轉油脫水站，．應用節(jié)能效果顯著。
2．3在污水處理站中的應用
在污水處理站中，濾罐的反沖洗是強度大而復雜的工序，
沖洗濾罐時要求反沖洗強度逐漸增加到一定量后，沖洗一定
時間再逐漸減小流量，便于濾料恢復到沖洗前狀態(tài)，常規(guī)設
計中用反沖洗流量控制反沖洗閥，能達到工藝要求，但反沖
洗泵不能工作在最佳工作區(qū)內，造成電能的浪費。利用流量
信號，結合自控技術，采用反沖洗變頻控制，即達到反沖洗
目的又可節(jié)約電能。
3應用變頻技術的效果
在筆者幾年的油田生產工作經驗中，證明了應用變頻技
術，可以有效簡化油田生產的工藝流程，同時提高了配置的
能力，延長了油田生產泵的使用壽命，節(jié)約了生產資金，提
高了生產效率，滿足了生產的需求。
3．1簡化了工藝流程
應用變頻技術，不僅提高油田的生產能力和企業(yè)效益，
同時提高了油田的配置設備，滿足長期而言的生產需求。從
目前的情況來看，在沒有增加外輸泵以及外輸管線的額外條
萬方數(shù)據(jù)
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Chemical Engineering Design Communications
鉆井完井
Drilling and Completion
第42卷第1期
2016年1月
件之下，在油田開發(fā)中應用高壓變頻技術，充分滿足了外輸
的需要。
3．2延長了泵的使用壽命
(1)在油田生產中，通過安裝變頻器，可以有效地利用
變頻器頻率的變化來調控各種運行設備的變化量，從而保證
油田生產安全的平穩(wěn)運行。
(2)因為油田生產中，機械管線長度長短不一，生產的
壓力也各不相同，所需要的母液數(shù)量也不同，安裝變頻器以后。
通過頻率的不斷調控，可以自動調節(jié)電機的轉速，調節(jié)流量，
合理分配各站所需母液量。
(3)不裝變頻器時，泵與電機的扭力達到極大值，極易
造成泵的消耗損壞，在安裝變頻器以后，當啟泵或者是停泵
的時候，泵與電機的扭力由小到大逐漸的增大，或由大到小
逐漸的減小，扭力操作損傷比較小，從而節(jié)省了相應的維修
費用，提高了泵的使用壽命與期限，同時降低了油田生產的
成本。
3．3提高效率
在油田的開發(fā)過程中，技術人員需要提前安裝變預器，
并且注意根據(jù)本站內儲油液位的高低，隨時用電話通知控制
站起停泵，在安裝高壓變頻器之后，各注入站儲戰(zhàn)液位高低
決定注入站內流量調節(jié)器的有效開關，進而控制管線壓力的
強度變化，使變頻器正常工作，對外輸泵排液變化進行自動
地控制與管理。
參考文獻
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油氣田地面工程，2004(5)．
【4】邱維有．高壓變頻技術在油田上的應用叨．油氣田地面工程，2003
(5)
(上接第70頁)
遠程管理監(jiān)控中心設置若干大屏幕，以全方面監(jiān)
控設備運行工況，并加以指揮。
2．2．2網絡層
該網絡層應用的是光纖工業(yè)以太網結構，能夠在同一時
間接入不同協(xié)議數(shù)據(jù)，即各個子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸平臺使用的
是以太網與現(xiàn)場總線傳輸鏈路，確保數(shù)據(jù)網絡化傳輸。
2．2．3設備層
該層連接的是被控電氣設備，主要功能在于確保本地單
元設備運行控制，實現(xiàn)基本保護，實時顯示控制狀態(tài)。此外，
利用局域網、遠程信息管理層中央調度室實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳
輸，從而達到本地控制和遠程集控有機結合的目的。
2．3嵌入式控制集控系統(tǒng)設計
在對軟件平臺進行設計時，使用嵌入式實時操作系統(tǒng)
itClinux，實現(xiàn)系統(tǒng)多任務的有序調度、科學管理。對于多任
務操作系統(tǒng)而言，其主要是通過任務調度函數(shù)實現(xiàn)各項任務
的合理排序與及時處理。首先，調度函數(shù)會對就緒任務的優(yōu)
先級進行排序，優(yōu)先級最高則最先處理，依次進行。根據(jù)任
務劃分原則與集控系統(tǒng)要求，應用軟件任務主要包括以下幾
種：
(1)測控基本功能實現(xiàn)任務，其具體包括以下幾個方面：
①測量任務；②數(shù)據(jù)預處理任務；③驅動輸出任務等等。此
類任務的實時性與可靠性要求較嚴，因此優(yōu)先級高，其中測
量屬于是最高優(yōu)先級任務。
(2)保護功能任務，此處的保護功能主要指的是報警功能，
因此需要盡快完成，以便及時處理設備運行故障。
(3)人機交互功能，其具體包括以下幾個方面：①鍵盤
響應；②顯示器顯示。此類任務的優(yōu)先級最低。
任務系統(tǒng)的完成需要兩大程序：一是本地數(shù)據(jù)采集程序；
(上接第73頁)
好的潤滑性，大大降低噪音，并能延長設備的使用壽命，具有
很好的應用前景。
5結語
納米科學是一項基礎科學和應用科學的新學科，主要包
括納米電子學、納米材料科學和納米生物學等。二十個世紀
將是納米技術的時代，主要是基于各種新穎的納米材料的
物理和化學性質，設計各種新的材料和設備。納米材料在
二是網絡服務程序。
本地數(shù)據(jù)采集程序的應用目的在于采集外部信號，并將所
得數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊，通過數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)字濾
波，然后利用數(shù)據(jù)保存模塊將公共緩沖區(qū)內數(shù)據(jù)保存至Flash
內。此外，鍵盤模塊的應用功能在于實現(xiàn)用戶對現(xiàn)場設備的
有效控制，對采集數(shù)據(jù)進行設定[4】。
網絡服務程序主要包括兩大部分：一是嵌入式Web server
程序；二是CGI程序。其中，嵌入式Web server程序屬于是
后臺的守護進程，主要應用于網絡客戶請求的監(jiān)聽，一旦有
用戶通過瀏覽器對本地系統(tǒng)進行請求，則CGI程序隨之啟動，
對請求進行轉化，令服務器能夠及時識別、處理，當處理工
作完成后，CGI程序則將結果進行轉化，令web瀏覽器可識別，
并傳輸?shù)娇蛻舳?，完成交互操作?
3結語
綜上所述，電氣自動化控制系統(tǒng)設計是一個較為復雜的
過程，需要在系統(tǒng)成本、靈活性、可用工具等多個方面做出
一個權衡，確保其實際應用效果。本文僅以基于工業(yè)以太網
的遠程電氣控制自動化系統(tǒng)設計為例，展開了具體分析，該
系統(tǒng)運行可靠性高、實時性強，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控與本地操作
的有機結合，在工業(yè)控制領域應用前景十分廣闊。
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新材料、能源、信息、精細化工等領域有越來越廣泛的應
用。
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