空心抽油杆感应加热系统中频电源

其加热原理是: 当空心抽油杆上通过交流电时, 在加热电缆与钢质空心抽油杆之间建立起交变磁场, 由于趋肤效应产生涡流损耗和磁滞损耗, 从而产生大量的热量(抽油杆内电阻也发热) , 然后再通过钢质空心抽油杆将这些热量传递给原油(交流电频率低时趋肤效应不明显, 抽油杆内电阻发热不可忽略, 频率较高时趋肤效应非常显著, 抽油杆内电阻发热可忽略) 。原油的正常开采过程中, 电费是主要的生产成本, 随着各大油田对节能降耗、挖潜增效的呼声越来越高, 如何Z大限度地提高投入产出比, 已成为一项首要考虑的课题摆在石油勘探工作者面前。

2、可控硅中频电源

随着电力电子技术的强势发展,上世纪80年代末出现的IGBT(绝缘栅双极晶体管)在90年代得以广泛应用。它容量大、开关速度快、易驱动,正逐渐取代GTO(可关断晶闸管)的市场。尤其在中等容量范围内, IGBT与GTO相比,在价格、性能及应用难度方面具有明显的优势。根据目前采油井场三相四线制的供电模式,钢质空心抽油杆感应电加热系统的工频电源由于三相不平衡,对电网产生污染。它采用的是工频移相叠加方式,将三相交流电转换成单相交流电,这种转换所使用的庞大的电力电容和电抗器,造成电源本身体积大、笨重以及效率低下,输出功率不可调。以IGBT为核心的中频电源,采取的是整流、逆变方式,三相平衡,对电网不产生影响;模块化集成结构使电源自身体积小、重量轻、效率高,便于维护;可以通过调节频率及占空比,从而任意调节输出功率,满足用户的不同需求。

2. 1可控硅中频电源原理及节能原理(见图2)

中频电源所处的钢质空心抽油杆感应加热系统中频电源所处的钢质空心抽油杆感应加热系统根据趋肤效应原理进行工作,即按: S= K(1/f)进行工作。

式中　S—趋肤效应透入深度;

2. 2 中频电源控制单元及外围电路(见图3)

该控制CPU为高度集成专用单片机,功能强大,性能良好,抗干扰性强,稳定性好,具有扩展功能,可根据不同用途,通过外接电路实现。各种传感器保证数据的实时采集并通过相关运算电路处理;能够通过七段数码管显示输入、输出的电流、电压以及功率,并能显示故障的种类;具有过流、过压、短路及过热的保护功能;能与计算机联网;可根据用户需要增加数据无线发射功能;DCPAC逆变电路为核心部分,采用了第三代IGBT智能模块,功率密度大,运行平稳可靠;输出部分为特种隔离变压器配备专用保护电路,转换效率高。

3、可控硅中频电源现场应用

2002年3月,中频电源在中国石油天然气股份有限公司大港油田分公司某井空心抽油杆感应加热系统中投入使用。该井日产液量20t左右,含蜡严

重且粘稠度高,为了降低原油粘稠度,使生产正常运行,采用了24h不间断运行工作制。该井现场工作环境相当恶劣,电压长期处于420V以上,有时高达450V左右(国标为380V±10 %) ,不利于电器设备的

长期使用。我们研制的中频电源经受住了考验。现场连续使用两个多月以后,于6月11日,通过了天津市节能监测一站的现场检测。测试结果表明,该中频电源装置性能良好,安全可靠,节能效果十分显

著。中频电源与工频电源运行测试数据如表1 :

4可控硅中频电源节能效益分析

根据上表所示数据可计算得该井空心抽油杆感应加热系统年平均消耗电量:工频电源年耗电量:

　　Q=63. 36 ×24×360≈55万kWh

中频电源年耗电量:

　　Q=27. 74 ×24×360≈24万kWh因此,使用中频电源与工频电源相比年节电约31万kWh ,节电率高达56 % ,按工业用电0. 7元P

kWh计算,折合电费约为22万元。

5结束语

据我们掌握的资料,该油井析蜡点为42℃左右,因此,电源输入功率完全可以降低到使原油不析蜡的状态即可满足生产需要(温度略高于析蜡点2℃左右) ,而且无须24h不间断工作,特别是夏天周围环境温度较高,采取间断工作制,一方面可以节约电能降低生产成本;另一方面可以延长电源的使用寿命,使之更好地为生产服务。另外,该油井所处的区块有近20口油井使用空心抽油杆感应电加热系统,中频电源的推广应用,将成为该油区新的经济增长点。