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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。 |
