1 引言
自二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，石油化工行業(yè)也不例外。不管是原油、天然氣的開(kāi)采，還是煉油、化工裝置，直至下游最終化纖、塑料、化肥等大量工藝都應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)（特別是合成纖維工業(yè)，變頻幾乎是唯一方案）。石油化工行業(yè)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的理由有兩個(gè)：
第一，生產(chǎn)工藝要求調(diào)速運(yùn)行，提高產(chǎn)量和質(zhì)量；
第二，節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)的需要。由于石油化工行業(yè)有眾多的離心式風(fēng)機(jī)、泵類和氣體壓縮機(jī)，調(diào)速方式改變流量可以節(jié)省可觀的電能，節(jié)電的同時(shí)也有效減排有害氣體，實(shí)現(xiàn)環(huán)保。
2 變頻調(diào)速在石油鉆機(jī)中的應(yīng)用（變頻石油鉆機(jī)）
地質(zhì)勘探到石油或天然氣礦源，需要鉆井地下數(shù)千米，開(kāi)采到原油或天然氣。因此，鉆一個(gè)發(fā)現(xiàn)井（評(píng)價(jià)井），幾個(gè)試驗(yàn)井以及大量的生產(chǎn)井，這樣方才形成一定規(guī)模的油田井坊。
石油鉆機(jī)是石油開(kāi)采的重要設(shè)備。鉆機(jī)過(guò)去有柴油發(fā)電機(jī)組，交流電網(wǎng)供電及直流驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，目前交流變頻鉆機(jī)已成為新型電驅(qū)鉆機(jī)，它具有諸多直流鉆機(jī)無(wú)法企及的優(yōu)越性，是石油鉆機(jī)今后發(fā)展的趨勢(shì)。
2.1石油鉆機(jī)變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)例
應(yīng)用實(shí)例：延長(zhǎng)石油管理局井下鉆井公司3000米深度的鉆機(jī)。采用博世力士樂(lè)（西安）電子傳動(dòng)與控制有限公司FECG02•1315k3P400型變頻器，3φ，380V，315kW、650A。使用效果良好。
2.2石油鉆機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)的理由
（1）不同的斷層地質(zhì)，應(yīng)有不同的鉆機(jī)速度。通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速和鉆進(jìn)壓力，從而改變鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度。
（2）變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，減小電流沖擊，避免巨大的電磁應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，延長(zhǎng)鉆機(jī)的使用壽命。
（3）鑒于鉆機(jī)工況的特殊性，當(dāng)鉆機(jī)遇到巖石等硬質(zhì)層時(shí)，會(huì)發(fā)生卡機(jī)情況，電流會(huì)急劇上升。由于采取了靈敏電流傳感器取樣及功率模塊IGBT管結(jié)壓降保護(hù)措施，變頻器會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)封鎖輸出，從而保護(hù)鉆機(jī)設(shè)備。
3 采油用抽油泵和潛油泵的變頻調(diào)速系統(tǒng)
采油工作任務(wù)就是最大限度地將原油從油層中采到地面上來(lái)，油井是連結(jié)油層和地面的通道。
采油方法是指將流到井底的原油采到地面上所用的方法。
采油方法一般有二種：
1）自噴采油（利用油田內(nèi)的本身能量）；
2）人工舉升采油（利用外界能量），或稱機(jī)械采油。
由于我國(guó)多數(shù)油田的天然能量不足，自噴采油方法很少見(jiàn)，而采用兩種抽油機(jī)——桿泵往復(fù)式抽油機(jī)（又稱磕頭式抽油機(jī)）及地下潛油離心式電動(dòng)泵抽油機(jī)。
圖3為磕頭式抽油裝置示意圖：
● 地石階 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)；
● 抽油桿 （約8米長(zhǎng)）連接驢頭和深井泵；
● 活塞式 （容積式）深井泵。
變頻調(diào)速游梁式抽油機(jī)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)由變頻器供電，不需要機(jī)械變速擋和調(diào)節(jié)過(guò)程。若采用變頻調(diào)速的游梁式抽油機(jī)，無(wú)極平滑調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，即可調(diào)節(jié)深井泵的抽液量。其間不需要停機(jī)更換皮帶盤(pán)，也無(wú)需改變深井泵活塞的沖程，還可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)。
采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，可使抽油機(jī)動(dòng)態(tài)適應(yīng)油井負(fù)荷變化，也可方便地進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的控制。同時(shí)其軟起動(dòng)性能好，可延長(zhǎng)抽油機(jī)壽命，減少維修費(fèi)用。
應(yīng)用實(shí)例：延長(zhǎng)石油靖邊、衡山等采油廠抽油機(jī)采用變頻調(diào)速。采用博世力士樂(lè)變頻器，3 φ， 380V，5.5kW及5.5kW，一次改造128眼油井，收到了良好的節(jié)電效果，節(jié)電率在20%以上，增產(chǎn)效果亦較理想。
3.2 潛油電動(dòng)離心泵抽油機(jī)的變頻調(diào)速
有桿深井泵采油不適用于：
● 油層厚度大的油井；
● 出油能力強(qiáng)的油井；
● 產(chǎn)液量高的油井。
而潛油離心電泵具有排量大，揚(yáng)程高的特點(diǎn)，適用于大液量開(kāi)采的油田。
圖4為潛油電泵裝置示意圖。
變頻器及電氣控制設(shè)備在地面上，電動(dòng)機(jī)和多級(jí)離心泵在幾千米的井下。
3.2.1潛油離心泵采用變頻調(diào)速的理由
1）頻率變化范圍（30~80Hz）進(jìn)行系統(tǒng)試井，使電泵機(jī)組與油井產(chǎn)能達(dá)成最佳匹配；
2）調(diào)整電泵排量，使之適應(yīng)油井供液情況，減少“起下泵”的次數(shù)；
3）可實(shí)現(xiàn)低速軟起動(dòng)，逐步加速，延長(zhǎng)潛油泵機(jī)組的壽命。
3.2.2 潛油電泵專用變頻器的特殊要求
油井深達(dá)數(shù)千米，變頻器與電動(dòng)機(jī)之間距離也是數(shù)千米，因此要求變頻器輸出波形為正弦波，諧波愈小愈好，否則線路壓降很大，電機(jī)無(wú)輸出力矩，拖不動(dòng)負(fù)荷。一般宜采用功率單元串聯(lián)的多電平完美無(wú)諧波變頻器。
應(yīng)用實(shí)例：渤海石油公司，中海油集團(tuán)（中國(guó)海上石油、天然氣集團(tuán)公司）海上采油平臺(tái)，潛油電泵變頻調(diào)速。利德華福公司變頻器15臺(tái)，輸出1140V電壓，90A，運(yùn)行正常。電動(dòng)機(jī)15臺(tái)，輸入970V電壓，44A（電纜壓降≈230V）。
4 油田注水泵站中的變頻調(diào)速
4.1為什么要注水？
我國(guó)多數(shù)油田天然能量不足，須采用注水采油方法。分層注水向油層補(bǔ)充能量（以水驅(qū)油）保持油層壓力，是當(dāng)前一項(xiàng)應(yīng)用最廣的提高采油速度和油田采收率的措施。尤其是陸相沉積的油田——油層多，巖性變化大，分層注水是改善油田開(kāi)采狀況，提高采收率的重要措施。
4.2 注水泵站設(shè)備
注水站的作用和主要設(shè)備如圖5所示。
把來(lái)自水源并經(jīng)過(guò)處理合格的水，經(jīng)高壓注水泵升壓，以達(dá)到注水井所需的注入壓力；然后通過(guò)輸出水管網(wǎng)，注入到油層中去。
4.3 油田工況需調(diào)流量
由于各個(gè)油田含油面積的大小，油層滲透率的高低和連通情況各不相同，因此需要根據(jù)油田各自的特點(diǎn)選擇適宜的注水方式，及時(shí)掌握和調(diào)整泵壓輸水管線壓力。
4.4 變頻調(diào)速注水泵
油田注水泵站若采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以平滑無(wú)極地調(diào)節(jié)注水泵的出口壓力和流量；控制系統(tǒng)能做到“恒壓力”供水或“恒流量”供水；省去既往采用的調(diào)節(jié)閥門(mén)方式，可以節(jié)能。注水泵電機(jī)一般為3相380V，額定功率在90~250kW。也有高壓大容量電機(jī)，如6kV高壓，功率為800~2000kW。可以節(jié)能，效益好。
應(yīng)用實(shí)例：延長(zhǎng)石油靖邊、衡山等采油廠注水泵采用變頻調(diào)速。采用博世力士樂(lè)變頻器，3 φ，380V，160kW，先后共改造90余臺(tái)注水泵，收到了良好的節(jié)電效果，節(jié)電率在30%以上，注水壓力穩(wěn)定。
5 油田中油氣集輸站變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用
油田各井坊采來(lái)的原油或天然氣，匯送至油田集輸站處理。各油井產(chǎn)出的原油（或天然氣）及其伴生物，經(jīng)分離、計(jì)量后匯集輸送至處理站。油氣水經(jīng)過(guò)分離和凈化，加藥，脫水，排污以及鍋爐蒸汽加熱，生活熱水等流程，成為達(dá)到規(guī)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的原油和天然氣，再集中外運(yùn)。
在油田集輸站內(nèi)變頻調(diào)速應(yīng)用場(chǎng)合舉例：
（1）油水分離裝置
恒定油水分界線高度控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)
（2）加藥泵裝置
恒定ph值控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)
（3）集輸站內(nèi)：原油泵變頻調(diào)速輸送系統(tǒng)；天然氣變頻調(diào)速輸送系統(tǒng)；液態(tài)烴變頻調(diào)速輸送系統(tǒng)。
（4）集輸站外：供蒸汽（熱水）鍋爐
鍋爐風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速；鍋爐給水泵變頻調(diào)速。
6 長(zhǎng)距離輸油管道外運(yùn)——變頻輸油泵
原油的外運(yùn)可以通過(guò)火車（列車）油罐車、汽車油槽車、大型油輪或長(zhǎng)距離管道輸油泵。輸送的終點(diǎn)是煉油廠的原油庫(kù)或其他轉(zhuǎn)運(yùn)樞紐。
天然氣的向外輸送目前主要有兩種方法：
● 管路加壓輸送（可采用氣體壓縮機(jī)變頻調(diào)速）；
● 將天然氣液化成天然液化
