地面驱动螺杆泵因其占地面积小，一次性投资少，对高粘、高含砂、高含气流体适应性强，节能效果显著而倍受各大油田青睐。随着一些油田都已进入了开发的中后期，产出液含水高，耗能大，开发成本日益增高。为了节能降耗，一些油田相继开展了日产液250m3/d以上的地面驱动大排量螺杆泵采油工艺技术的研究及矿场试验。

地面驱动大排量螺杆泵井采用普通控制系统工频工作时，存在以下问题：

一是调参不方便，不连续，调节幅度有限；调参必须停井，停井时间长，工作量大，对于出砂井、结蜡井需要额外作业。二是电动机工频额定电压起动时，其起动电流较大，对电网及其同一线路中的其他用电设备造成影响；电动机从静止到达到额定转速，仅需要零点几秒的时间，常常对电动机、机械负载及传动减速装置形成冲击，缩短机械负载和传动减速装置的使用寿命。三是配备的电动机的功率较大，而正常运行中电动机负载率低，通常只有35%～75%，出现“大马拉小车”的现象，耗能高，不经济。针对上述问题，采用变频调速技术，实现螺杆泵井不停机、连续调参，软起动、软停机，合理匹配电动机，对于实现螺杆泵井高效、平稳的工作具有重要意义。

三大作用

方便调参  未使用变频调速技术的螺杆泵井的调参需要停机更换皮带轮，改变传动比。调节幅度有限，不连续；占井时间长，工作量大；对于一些出砂井、结蜡严重的井、油稠的井在调参完成前或后，通常要进行冲砂、热洗作业，增加运行成本。而使用变频调速技术的螺杆泵井，可以通过调整控制柜控制面板上的调频旋钮，改变电源的输出频率，进而改变电动机的转速。不需要停机，更换皮带轮，就可以实现螺杆泵井连续调参，并且调参范围广。

实现螺杆泵井软启动  地面驱动螺杆泵采油系统，工频起动时，起动电流较大，对电网及其同一电网内的其他用电设备造成冲击；起动时间短，光杆转速瞬间（大约0.3～0.5s）提高，由于原油的粘滞力和抽油杆柔性的影响，抽油杆扭矩传递缓慢，大部分扭矩集中在抽油杆的上部；由于起动时惯性扭矩远大于正常运行时的惯性扭矩，瞬间的冲击易对抽油杆柱的机械性能造成影响。

螺杆泵井变频起动时，变频器输出电源频率从0或某一设定值按照一定的升速方式在设定的时间内增加到设定频率，电动机的转速也按照同时升速方式上升到设定转速，减小了起动时的冲击电流和惯性扭矩，真正实现了螺杆泵井的软启动。

现以辽河油田某采油厂一口螺杆泵井工频起动、变频起动时的实测数据对比分析，来说明变频软起动的作用。该井的基本生产参数如下：

泵型号：GLB1100-16，电机型号：YB200L2-6，下泵深度：704.56m，动液面：204.7m，油管内径：76mm，抽油杆：28mm（连续油杆），油压：0.6MPa，套压：0MPa，原油粘度：262mPa•s，密度：0.905g/cm3，目前液量：113.1m3/d，含水率：95.5%，转速：工频（50Hz）时为100r/min，变频（35Hz）时为70r/min。

使用螺杆泵井工况诊断仪测量螺杆泵井起动过程时的电流如图1所示。

从图1可以看出，50Hz工频起动时，起动瞬间的电流大约是正常运行时的7倍，是电动机额定电流的3倍多（YB200L2-6额定电流44.7A），持续时间约为0.1～0.3s。电动机起动电流过大，主要有两个原因：一是电动机在刚起动过程中，电动机线圈绕组是冷态的，大部分的导体在冷态时内阻较小，同样电压下，内阻较小时电流较大，所以起动电流大；二是油田所用的电动机多为感应电动机，定子绕组和转子绕组间无电的联系，只有磁的联系，磁通经定子、气隙、转子铁芯成闭路。当合闸瞬间，转子因惯性还未转起来，旋转磁场以最大的切割速度——同步转速切割转子绕组，使转子绕组感应出最高的电势，因而，在转子导体中流过很大的电流，这个电流产生抵消定子磁场的磁能；定子方面为了维护与该时电源电压相适应的原有磁通，遂自动增加电流，因此定、转电流都很大。

电流的第二个波动，持续时间4～6s，主要是抽油杆柱由上而下逐渐转动起来的过程中抽油杆柱与液体之间，定、转子之间由静摩擦变为动摩擦，抽油杆柱的惯性作用，造成电动机所带动的负载（螺杆泵井抽油杆柱所受的载荷、扭矩）增加造成的。

螺杆泵井变频软起动过程中测量得到电流图如图2所示。

从图2可以看出：电流也同样存在一个短时间急剧的上升过程，但电流值比工频起动时的要小的多，不会对电网及电动机造成影响。电动机起动后以极低的转速逐渐带动传动装置转动，大约经过8s后电流开始逐渐增加，说明上部抽油杆开始转动，并由上往下逐渐带动下部抽油杆柱转动，大约到20s时，起动电流达到最大值（原因是抽油杆柱与液体之间定转子之间由静摩擦变为动摩擦、抽油杆柱的惯性作用，造成电动机的负载增加，电流增大），此后电流有所下降，直到稳定在正常运行时的水平。

由以上对比分析可以看出，变频软起动方式能够有效的降低起动时的冲击电流，起动瞬间的电流不会对电网及电动机造成影响，有效的延长起动时间，真正实现螺杆泵井的软起动。

有助于节能  一方面，采用变频调速技术的螺杆泵井起动、运行平稳，这有助于为螺杆泵井选配合适的电动机，避免“大马拉小车”的现象。根据油井的产能、油井产出液的性质、螺杆泵的结构参数及其抽油杆柱等参数能较为准确的计算出螺杆泵井运行时所需的扭矩及电动机的输出功率，选择一定的裕度，匹配合适的电动机，提高电动机的负载率，有利于节能。

另一方面，变频调速技术能提高电动机的功率因素，电动机工频驱动时的功率因素一般为0.45～0.65，而采用变频调速装置后，功率因素能提高到0.70～0.85，有的甚至高达0.90以上，减少了无功损耗，增加电网的有功功率，有助于节能。

现场应用效果

辽河油田某采油厂68口日产液量100m3以上的螺杆泵井，均配套使用了变频调速控制装置。新上的9口大排量螺杆泵井使用GLB2000-21型螺杆泵，100rad/min时，理论排量288m3/d。根据下泵深度和动液面配备22～37kW的不同电动机，配套使用了变频调速装置。平均功率因素由使用前的0.605提高为0.84，吨液百米耗电由原来的0.72kW·h降低为0.58kW·h，节能达24.1%，使用半年来螺杆泵井调参方便，起动、停机平稳，运行良好。

实践证明，变频调速技术能够满足螺杆泵井不停机调参、软起动的工艺要求，能实现螺杆泵井运行中连续调参，减小了劳动强度，实现了螺杆泵井平稳起动、运行。

变频软起动能够有效地降低了起动瞬间的电流，减小起动瞬间过大的电流对电网及同一电网中用电设备的冲击；缓慢起动，抽油杆柱转速缓慢增加，可以避免因瞬间起动过大的扭矩对抽油杆柱及负载的影响。

变频调速技术实现了螺杆泵井平稳的起动、运行有助于选配合适的电动机，同时能够提高功率因素，实现节能。

变频调速装置的性能与变频调速装置的品牌有关，变频调速装置中运用了一些非线性电气原件，产生谐波，对电网的污染情况需要进一步研究。