Les fournisseurs de convertisseurs de fréquence spécifiques au secteur pétrolier rappellent que ces convertisseurs sont largement utilisés dans la production industrielle des entreprises et dans la vie quotidienne. Leur large utilisation s'explique principalement par leurs excellentes performances en matière d'économie d'énergie et de régulation de la vitesse. La Chine figure parmi les pays affichant la plus forte production et consommation d'énergie au monde. Afin de résoudre le problème de la consommation énergétique des produits, outre les autres aspects techniques à améliorer, la régulation de la fréquence par variation continue (VFR) est devenue une solution efficace pour économiser l'énergie et améliorer la qualité des produits.
At present, among the pumping equipment used in most oil fields, the beam pumping unit is the most commonly used and has the largest quantity. On the one hand, the motion of the beam pumping unit is to repeatedly lift up and down, lifting once per stroke. Its power comes from two steel sliders with considerable weight driven by the electric motor. When the sliders are lifted, they act like levers, sending the oil extraction rod into the well. When the sliders are lowered, the oil extraction rod is lifted to the wellhead with oil. Due to the constant speed of the motor, the load is reduced during the descent of the sliders, and the energy generated by the motor drag cannot be attracted by the load. It will inevitably find a channel for energy consumption, causing the motor to enter a regenerative power generation state, feedback the excess energy to the power grid, and cause an increase in the main circuit bus voltage, which will inevitably have an impact on the entire power grid, leading to a decrease in power supply quality and power factor, and facing fines from power supply enterprises. Danger; Frequent high-voltage shocks can damage the motor and lack reliable protection. Once the motor is damaged, it can lead to reduced production efficiency and increased maintenance, which is extremely detrimental to energy conservation and consumption reduction of pumping equipment, causing significant economic losses to the enterprise. On the other hand, the introduction of two large steel sliders in the beam pumping unit leads to many problems such as high starting impact of the pumping unit. In addition to the two issues mentioned above, the special geographical environment of oil field production determines that oil extraction equipment has its own operating characteristics. In the early stage of oil well production, there is a large amount of oil storage and sufficient liquid supply. To improve efficiency, power frequency operation can be adopted to ensure high oil production; In the middle and later stages, due to the decrease in oil reserves, it is easy to cause insufficient liquid supply. If the motor continues to operate at power frequency, it will inevitably waste electrical energy and cause unnecessary losses. At this time, it is necessary to consider the actual working situation, appropriately reduce the motor speed, reduce the stroke, and effectively improve the filling rate. To solve the above problems, frequency conversion technology can be introduced into the control of beam pumping units.
By determining the operating frequency of the motor based on the magnitude of its working current, the stroke of the pumping unit can be conveniently adjusted according to changes in well conditions, achieving the goal of energy conservation and improving the power factor of the power grid. At the same time, the frequency converter has a low-speed soft start, and the speed can be smoothly and widely adjusted. It has complete motor protection functions, such as short circuit, overload, overvoltage, undervoltage, and stall, which can effectively protect the motor and mechanical equipment, ensure that the equipment works at a safe voltage, and have many advantages such as smooth and reliable operation, improved power factor, etc. It is an ideal solution for the transformation of oil production equipment.
At present, there are three main aspects of frequency converter transformation for beam pumping units:
(1) The frequency conversion transformation aims to improve the quality of the power grid and reduce its impact on the power grid. This is mainly concentrated in situations where power supply enterprises have high requirements for grid quality. In order to avoid a decline in grid quality, variable frequency control needs to be introduced, with the main purpose of reducing the impact of the pumping unit's working process on the grid. This application has been put on the application schedule in the Linpan oil production plant of Shengli Oilfield.
(2) Frequency conversion renovation with energy conservation as the primary goal. This is quite common. On the one hand, in order to overcome the large starting torque of oil field pumping units, electric motors are used that are much larger than the actual required power. The utilization rate of electric motors during operation is generally between 20% and 30%, with the highest not exceeding 50%. Electric motors are often in a light load state, resulting in waste of motor resources. On the other hand, the working condition of the pumping unit is continuously changing, which depends on the underground state. If it is always operating at power frequency, it will inevitably cause waste of electrical energy. In order to save energy and improve the efficiency of electric motors, frequency conversion transformation is needed.
(3) Frequency conversion renovation aimed at improving the quality of the power grid and energy conservation. This situation combines the advantages of the above two transformations and is an important development direction in applications.
Lors de la mise en œuvre, de nombreux problèmes sont apparus, principalement liés au traitement de l'énergie produite par le groupe de pompage à balancier en mode générateur. Dans un premier temps, l'utilisation d'un convertisseur de fréquence classique avec un système de freinage énergivore peut s'avérer relativement simple, mais au prix d'une consommation énergétique accrue, principalement due à l'impossibilité de réinjecter l'énergie produite dans le réseau. Lorsque le convertisseur de fréquence est désactivé et que le moteur tourne, il absorbe l'énergie électrique du réseau (le compteur tourne dans un sens). En mode générateur, il libère de l'énergie (le compteur tourne dans l'autre sens) et cette énergie est directement réinjectée dans le réseau sans être consommée par les équipements locaux. Il en résulte un facteur de puissance relativement faible du système d'alimentation du groupe de pompage, ce qui a un impact significatif sur la qualité du réseau électrique. En revanche, avec un convertisseur de fréquence classique, la situation est différente. L'entrée de ce type de convertisseur est redressée par diodes, et l'énergie ne peut circuler dans le sens inverse. La partie de l'énergie électrique mentionnée ci-dessus ne peut être réinjectée dans le réseau et doit être consommée localement par des résistances, d'où la nécessité d'utiliser des unités de freinage consommatrices d'énergie. Dans les deuxième et troisième scénarios, il est indispensable de gérer correctement l'énergie électrique générée par le moteur et de la réinjecter dans le réseau. Sans cela, l'énergie économisée grâce au réglage de la course du groupe de pompage risque de ne pas compenser l'énergie consommée par le système de freinage du convertisseur de fréquence, entraînant une consommation d'énergie lors de la conversion de fréquence, ce qui va à l'encontre de l'objectif d'économie d'énergie. Pour résoudre ce problème, il est nécessaire de modifier le convertisseur de fréquence classique en y intégrant une structure à double modulation de largeur d'impulsion (PWM) afin de garantir la réinjection dans le réseau de l'électricité produite lors de la génération de puissance. Il convient également d'introduire une commande adaptative pour s'adapter aux variations de l'environnement de fonctionnement des groupes de pompage à balancier.