變頻加熱電源在稠油井抽油系統上的應用

發(fā)布時(shí)間:2010-8-1 23:17    發(fā)布者:conniede
關(guān)鍵詞: 變頻 , 抽油系統 , 稠油井 , 加熱電源
在我國石油開(kāi)采中,稠油井的比例占相當大一部分,這類(lèi)井原油粘度高、凝固點(diǎn)高、密度大、含蠟量高,難以開(kāi)采。目前國內外開(kāi)采這類(lèi)油井的最廣泛效果最好的采油工藝技術(shù)是稠油熱采。采用空心桿電加熱工藝技術(shù),使稠油變稀,可實(shí)現稠油的順利開(kāi)采。
  
以前的空心桿加熱技術(shù),采用工頻加熱,因負載為單相,需要有一個(gè)獨立的變壓器,將三相輸入變?yōu)閱蜗噍敵,造成三相電網(wǎng)的不平衡,功率因數低,電能消耗大,對電網(wǎng)的污染大,加熱效果不明顯,造成電能的極大浪費。因此,需要探討一種先進(jìn)的加熱方式,以提高功效,增強加熱效果。

經(jīng)過(guò)多方試驗,采用我們現已掌握的較成熟的變頻技術(shù),為該加熱裝置提供一種電源,這就是我們公司與油田共同研發(fā)的中頻加熱電源。該設備可提供250——1000HZ的頻率,實(shí)現了輸出電壓、電流的連續可調,以達到輸出功率連續可調的目的,提高了加熱效果,目前已在勝利油田、遼河油田應用上百臺,很受油田采油工的歡迎。

一、變頻加熱電源的基本原理:


1、集膚效應原理:在加熱理論中,有一個(gè)集膚效應原理,即:

  S=K(1/FC)1/2
  式中:S — 集膚效應深度
  K — 修正系數
  FC — 頻率

由此可以看出,當FC增大時(shí),S變小,則集膚深度越深,同時(shí)其交流阻抗Z= KZC(FC)1/2也變大,因此在相同數值的電流作用下,負載所獲得的能量也越高,而電流及線(xiàn)路損耗相應地也會(huì )變小,從而提高了加熱效率,同時(shí)還可起到節約電能的目的。變頻加熱電源正是基于這一原理做成的,利用變頻技術(shù),可將運行頻率提高到工頻的數倍,加熱效果會(huì )明顯提高。

2、整機原理框圖如圖一示。

 

首先將380V/50HZ的三相交流電經(jīng)整流、濾波成直流電,經(jīng)逆變電路變成頻率連續可調的單相電,再經(jīng)中頻變壓器隔離后,輸送到加熱電纜給油層加熱。

其主功率器件采用的是德國西門(mén)子公司的第三代大功率器件IGBT,控制器件為單片機,是8位工業(yè)專(zhuān)用微處理機AT89C51,它具有很強的環(huán)境自適應能力和抗干擾能力,工作可 靠,壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。

二、變頻加熱電源的特點(diǎn):

1、采用了先進(jìn)的移相控制技術(shù)和軟起動(dòng)技術(shù),使工作更可靠。
  
2、人機對話(huà)的顯示界面,可通過(guò)鍵盤(pán)的選擇顯示工作頻率及電流,輸出脈沖的占空比、電流變比等,并可顯示故障狀態(tài)及原因,使顯示更直觀(guān),更易于操作。顯示與主控板共用一個(gè)線(xiàn)路板,排列更緊湊,避免了信號傳輸過(guò)程中的干擾,工作更穩定。

3、輸出部分采用環(huán)形中頻變壓器,用于隔離輸入、輸出電壓,同時(shí)經(jīng)電容組與控制柜輸出相連接,起到隔直作用,防止由于直流偏磁或過(guò)勵磁產(chǎn)生的磁飽和,同時(shí)可起到串聯(lián)諧振的作用。

中頻變壓器為非晶鈦材料,導磁率高,工作頻率高,自身能量損耗極低,整機效率提高。若頻率再提高,其體積可做得更小,工作效率更高。

4、保護功能齊全。
  
設置了過(guò)流、短路、機內溫升過(guò)高及過(guò)、欠壓保護,功能更齊全,工作更可靠,避免了由于各種不正常因素而造成的損壞。

三、應用效果。

我們在勝利油田濱南采油廠(chǎng)、遼河油田曙光采油廠(chǎng)等幾個(gè)稠油井分布的區域內上百口井運用了該技術(shù),通過(guò)現場(chǎng)調整,結合加熱電纜及功率,一般將頻率調至500HZ左右,比工頻提高了10倍,根據功率調整電流,一般75KW的在80A左右,90KW的在100A左右,其加熱效果十分明顯,較之工頻加熱:

(1)功率因數明顯提高,原工頻加熱,功率因數約在0、7左右,而用變頻加熱,經(jīng)測試都在0.95以上。

(2)減少了對電網(wǎng)的污染。原工頻加熱,需三相變二相,造成變壓器輸入三相電壓嚴重不平衡,對電網(wǎng)污染嚴重。應用變頻器以后,功率因數提高,諧波含量明顯減少,減輕了對電網(wǎng)的污染。

(3)加熱效果明顯。根據集膚效應,頻率提高后,負載所獲得的能量提高,線(xiàn)路損耗也相應減少從而提高了加熱效果。據測試,變頻加熱可比工頻加熱提前1—2小時(shí)達到欲定效果,而且溫度也要高。

(4)保護功能齊全。原工頻柜因無(wú)單片機控制,其保護功能差,往往由于負載的短路、斷路及電壓的不穩定,造成變壓器燒毀、工作不穩定。而變頻柜由于單片機的控制,其保護功能齊全,避免了由于電網(wǎng)及負載的故障引起的問(wèn)題,保證系統的穩定運行。

(5)節能效果明顯。據測試,每臺變頻柜比相應的工頻柜節電都在20%左右,有力的節約了電能,提高了工作效率,保證了加熱系統的效果。

總之,變頻加熱是稠油熱采的一次革命,我國的稠油資源相當豐富,我們推廣該技術(shù),是可以為我國的采油事業(yè)作出一定貢獻的。
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