隨著社會經濟建設的快速發展，我國油田建設規模不斷擴大，如何獲得更好的經濟效益也成為油田企業面臨的難題之一。高壓注水泵作為油田建設過程中的重要設備，是油田開發后期提高原油采收率的重要舉措，但高壓注水泵在注水過程中采取人工調節出口和回流閘門的方式，容易導致電動機長期處于高耗能的狀態，且人工操作及維修工作量大，已不能滿足個別采油區塊的應用。目前，變頻技術逐漸向著電壓更高、功率更大和性能更為優越的方向發展，采用變頻調節裝置對油田高壓注水泵用電動機進行變速調節，可以有效提高注水泵設備注水效率，以達到節能降耗的目的。本文著重闡述了變頻器在油田高壓注水泵中的應用，希望對提高油田經濟效益有所幫助。

1工程概述

某油田井區有10座計量站109口油水井，其中油井85口，水井24口，是一個中深、低滲透砂巖油巖。由于油層滲透率低，油水井間的連通性差造成部分注水井在系統壓力下（15～16mpa）的注水量滿足不了地質配注要求，為此油田開展地面二級增壓措施達到增注要求，目前油田有7座計量站安裝增壓設備，增注水井數18口，占總井數75%。增設變頻器主要有以下三點原因：

（1）由于低滲透斷塊油田注水配注水量在不斷變化，而柱塞泵的排液量恒定，造成柱塞泵的排量與變化中的配注量很難合理匹配，所以采用打回流的方式進行調節，這樣就使得站內水質變差并造成電能浪費，從而降低了注水系統效率；

（2）柱塞泵的排量與電源電流頻率成正比，柱塞泵采用變頻調速時，可隨注水參數的變化，進行無級調節，達到節電的目的；

（3）設備機械磨損大，噪聲分貝增加，工人現場操作頻繁，造成柱塞泵大修周期縮短。

2高壓增注泵工作原理及變頻節能原理

2.1高壓增汽泵結構

油田采用高壓泵廠產的zy系列增注泵，全稱為臥式三柱塞單作用液力平衡式高壓往復柱塞泵，其結構主要由動力端、液力端、傳動部分、電器部分組成，目前油田使用2種規格增注泵，其技術參數如表1所示。

2.2工作原理

電動機通過傳動部分帶動曲軸轉動，曲軸帶動連桿、柱塞做往復運動，往復一次即完成吸入與排出過程；與此同時高壓水通過壓力平衡管進入和排出平衡腔達到平衡作用，增壓泵工作時，進出口壓力符合設計要求，則處于理想狀態；如果進出口壓力達不到設計要求，則需調整，使其達到80%以上平衡要求，以保證增壓泵正常運轉；由于增注泵采用三柱塞式往復結構，往復行程相位差接近120度，其效率可達80%～82%左右，所以電動機運轉速度越高，排量越大；反之可知，柱塞泵的排量與電源電流、頻率成正比。

2.3電動機特性及變頻器智能節能原理

根據異步電動機的工作原理n=60f（1-s）/p可知，電動機的轉速與電源的頻率成正比例關系。

變頻智能控制系統是一項集現代先進電力、電子技術和計算機技術于一體的高效技術，它首先將交流電轉換成直流電，再通過逆變器轉換成頻率和電壓可變化的交流電。結合電機特性分析可知：均勻改變電機供電頻率f，就可以平滑地改變電動機的轉速，從而改變柱塞泵的轉速。結合柱塞泵的原理，電動機轉速降低，柱塞泵往復次數減少，電動機輸入功率也隨之減少。

柱塞泵往復次數減少，電機的軸功率相應減少，功耗也相應減少，即柱塞泵的排量與電源電流頻率成正比，采用變頻調速時，可隨注水參數的變化進行無級調節，達到節電的目的。

3變頻控制系統組成

變頻器選用華為td2000通用型系列產品，其功率為22kw和30kw兩種，系統由華為td2000通用型變頻器、鼠籠式異步電動機、耐震電接點壓力表等組成，可以通過變頻器功能板進行參數上下限設定。

4 td2000變頻器使用效益分析

北16井區共計增注泵7臺，總電機功率為170kw，其中5臺22kw電機，2臺30kw電機；增壓注水井18口，日注水465m3，占全區塊注水量62%，從2008年7月裝變頻器至今使用良好，運行可靠。對于控制1口增注井的增注泵，水量調節可直接采用變頻調節，并關閉所有增注系統回流閘門，頻率和流量可實現無級調節；對于控制2口以上增注井的增注泵，水量調節采用變頻調節后，通過調整單井管匯下流閘門來調節水量大小。

4.1投入前后的測試數據（見表2、表3）

從測試數據來看，采用td2000變頻器以后，單臺節電45%左右，年節約用電28.18萬kwh，按電價0.6元/kwh，則年節約用電16.9萬元，投資回報周期為15個月，計算如下：變頻器每臺2.5萬元，小計17.5萬元，安裝調試費小計3.5萬元，合計21萬元；則投資回報周期15個月。

5結論

通過探討變頻器在油田高壓注水泵的節能應用，筆者得出了以下幾點結論：①在使用變頻器后，電動機可節電45%左右，系統電流下降40%，可減少配電裝置容量；在油田中期注水可節約能源在40%以上，對電機小于30kw采用變頻器調速節電比較明顯；②變頻器的使用有效降低了系統頻率，設備機械磨損減少，大大降低了電動機的維修量；③變頻器在油田注水泵中的節能效果明顯，建議在電機調速系統中推廣應用。