變頻調速技術(shù)在油田柱塞式往復注水泵上使用的必要性
    油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中地層能量不斷衰減，常用注水方式以保持地層能量，進(jìn)行油田開(kāi)發(fā)。一方面，注水壓力高低是決定油田合理開(kāi)發(fā)和地面管線(xiàn)及設備的重要參數?？紤]到后期開(kāi)發(fā)注水井的增多，注水工藝設計和機電設備配置都比較寬裕，加之地質(zhì)情況的變化，開(kāi)關(guān)井數的增減、洗井及供水不足的影響，經(jīng)常引起注水壓力波動(dòng)，注水量不均勻，不穩定。注水壓力低，注水量滿(mǎn)足不了油田開(kāi)發(fā)的需要，必然會(huì )造成油層壓力下降；注水壓力過(guò)高，浪費動(dòng)力，也造成超注，導致水淹、水竄；注水壓力控制難度大，也給油田生產(chǎn)帶來(lái)諸多不便，因而要求油田注水壓力恒定；另一方面，由于儲油層的壓力及油氣水分布不斷發(fā)生變化，其數值很難準確預測和控制，考慮到油田開(kāi)發(fā)中的需要，在工藝和機電設備配置上都按照油田最大可能的需求來(lái)設計，這一點(diǎn)在注水系統的設計當中顯得尤為突出。一般油田注水泵流程大多采用傳統的水源井深井泵，將水供到儲水大罐，再由喂水泵將水從儲水罐供給注水泵，最后由注水泵將水注入地層。注水泵電動(dòng)機大多為大功率電動(dòng)機，注水泵出口壓力通常是通過(guò)調節閥門(mén)來(lái)實(shí)現的，操作人員隨時(shí)靠觀(guān)察壓力表的壓力來(lái)調節閥門(mén)來(lái)實(shí)現的，而注水泵電動(dòng)機的額定轉速基本保持不變，這樣，對電動(dòng)機而言，一般配置功率都較大，啟動(dòng)沖擊電流大，能耗也大。“大馬拉小車(chē)”的現象十分嚴重，管網(wǎng)水泵較多，流程復雜，既浪費電能，又增加了操作人員的勞動(dòng)強度。
    油田注水普遍采用柱塞式往復注水泵，在工頻條件下，由于電機轉速恒定，柱塞往復頻率是恒定的，因此，排量也是恒定的。在油田的實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對注水量的需求是變化的，在傳統的方式下，為滿(mǎn)足配注要求，主要是通過(guò)調節注水泵的回流量來(lái)實(shí)現，泵的無(wú)效功耗很大。同時(shí)，由于柱塞、閥片長(cháng)期滿(mǎn)載、高速工作，填料的磨損以及閥片的損壞頻率也很高?；亓髡{節閥長(cháng)期處于半開(kāi)狀態(tài)，受高壓水的沖擊，閥心容易磨損、變形導致關(guān)閉不嚴，給生產(chǎn)帶來(lái)不便。
    變頻調速技術(shù)可以實(shí)現對注水泵電動(dòng)機的無(wú)級調速，依據注水壓力的要求自動(dòng)調節系統的運行參數，在用水量變化時(shí)保持管網(wǎng)水壓恒定，以滿(mǎn)足注水要求。變頻調速技術(shù)是先進(jìn)合理的節能型供水系統，實(shí)際應用中得到了很大發(fā)展，隨著(zhù)電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來(lái)越強，充分利用變頻器的各種功能，能很好解決注水泵能耗高，維修率高的問(wèn)題。
    柱塞式往復注水泵變頻調速節能原理
    柱塞式往復泵電機安裝變頻后，可通過(guò)改變變頻器的頻率來(lái)控制注水泵電機的轉速，從公式可知，由于注水泵是衡轉矩負載，功率的變化與轉速的變化成一定比例關(guān)系，注水泵安裝變頻調速裝置后，變頻器運行頻率降低，機泵轉速降低，消耗在電機上的功率降低，從而達到節能降降耗的目的。
    p/p₀ ＝（n/n_0）³
    式中p_{0——為額定功率，Kw}    p_{——為實(shí)際功率，Kw}
    n_{0——為額定轉速，r/min}     n_{——為實(shí)際轉速，r/min
    假如轉速降了一半，即}n/n₀＝1/2時(shí)，則p/p₀＝1/8,可見(jiàn)降低轉速能大大降低軸功率達到節能的目的。降低了轉速，流量就不再用關(guān)小出口閥來(lái)控制，出口閥始終處于全開(kāi)狀態(tài)，避免了由于關(guān)小閥門(mén)引起的水力損失增加，也避免了總效率下降，確保了能源的充分利用。
    注水系統變頻調速工作原理
    當注水系統安裝變頻調速裝置后，可通過(guò)已設定的注水管網(wǎng)壓力來(lái)控制注水泵的開(kāi)啟，確保穩壓、高壓注水。在注水泵出口管網(wǎng)上安裝一只壓力變送器來(lái)控制注水泵變頻器的運行，控制變頻器輸出頻率的大小，從而改變水泵的轉速，達到控制管網(wǎng)壓力恒定的目的、當實(shí)際管網(wǎng)壓力小于給定壓力值時(shí)，變頻器輸出頻率上升，電動(dòng)機轉速加快，管網(wǎng)壓力開(kāi)始升高；反之，變頻器輸出頻率降低，電動(dòng)機轉速下降，管網(wǎng)壓力降低，系統通過(guò)自動(dòng)調節，使實(shí)際壓力圍繞設定壓力保持管網(wǎng)壓力恒定。變頻器控制系統在水泵運行過(guò)程中形成可控參數閉環(huán)控制，實(shí)行恒壓供水，保持注水系統和用量處于平衡狀態(tài)，實(shí)現自動(dòng)控制。
    柱塞式往復注水泵使用變頻控制技術(shù)的原因
    1、實(shí)現了電機軟啟動(dòng)、自由停車(chē)。電機均通過(guò)變頻器從0～50Hz作緩慢加速啟動(dòng)，可減少機泵因突然高速啟動(dòng)所帶來(lái)的影響，減少了直接啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流對電網(wǎng)和機械設備的沖擊。
    2、提高了功率因數，改善了電機電源質(zhì)量，電機功率與實(shí)際負荷相配，系統達到節能運行的目的。
    3、消除了泵的喘振現象，使泵運行處于最佳工況狀態(tài)。
    4、實(shí)現壓力自動(dòng)控制，使調節量得到更平穩的調節、增強了系的穩定性和可靠性。
    5、應用變頻調速技術(shù)，對注水設備的電機轉速進(jìn)行調節，達到穩壓、穩流注水。
    6、不會(huì )造成管網(wǎng)壓力、流量、流速的劇烈變化，不需要閥門(mén)截流或回流調節，因此對防止汽蝕、水擊、喘振極為有利，可以延長(cháng)管網(wǎng)、泵、閥門(mén)的維修周期和使用壽命。
    7、通過(guò)改變電動(dòng)機轉速來(lái)調節流量的，能有效抑制機泵運行中存在的大馬拉小車(chē)現象，減少用電設備的損耗。這樣既減輕了操作者的勞動(dòng)強度，還能節省電能，延長(cháng)設備使用壽命，而且還能簡(jiǎn)化供水流程，提高工作效率。
    變頻調速技術(shù)在油田柱塞式往復注水泵上應用
    目前在長(cháng)慶油田大展中，在滯后注水、同步注水，尤其在超低滲透油田采用超前注水，變頻調速技術(shù)得到了廣泛的應用，不僅調速效果顯著(zhù)，而且產(chǎn)生了可觀(guān)的經(jīng)濟效益,應用前景非常廣闊。

    變頻調速技術(shù)在油田柱塞式往復注水泵的應用中，是根據實(shí)際情況設定管網(wǎng)水壓自動(dòng)調節水泵電動(dòng)機的轉速，使注水管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節約電能，并且系統能處于可靠運行狀態(tài)，實(shí)現恒壓供水、注水，系統水壓、水量的任何變化均能使管網(wǎng)中的壓力保持恒定，大大提高了注水質(zhì)量，同時(shí)也解決了電動(dòng)機大馬拉小車(chē)，操作員工操作復雜、工作強度大等問(wèn)題，變頻器故障維修期間，仍能使用工頻拖動(dòng)，保證注水工作的進(jìn)行，具有一定的先進(jìn)性。