作者：周加勝,吳海濤 ,郝英杰

在我國石油開采中，稠油井的比例占相當大一部分，這類井原油粘度高、凝固點高、密度大、含蠟量高，難以開采。目前國內外開采這類油井的最廣泛效果最好的采油工藝技術是稠油熱采。采用空心桿電加熱工藝技術，使稠油變稀，可實現稠油的順利開采。

以前的空心桿加熱技術，采用工頻加熱，因負載為單相，需要有一個獨立的變壓器，將三相輸入變為單相輸出，造成三相電網的不平衡，功率因數低，電能消耗大，對電網的污染大，加熱效果不明顯，造成電能的極大浪費。因此，需要探討一種先進的加熱方式，以提高功效，增強加熱效果。

經過多方試驗，采用我們現已掌握的較成熟的變頻技術，為該加熱裝置提供一種電源，這就是我們公司與油田共同研發的中頻加熱電源。該設備可提供250——1000HZ的頻率，實現了輸出電壓、電流的連續可調，以達到輸出功率連續可調的目的，提高了加熱效果，目前已在勝利油田、遼河油田應用上百臺，很受油田采油工的歡迎。

一、變頻加熱電源的基本原理：

1、集膚效應原理：在加熱理論中，有一個集膚效應原理，即：

S=K（1/FC）1/2

式中：S — 集膚效應深度

K — 修正系數

FC — 頻率

由此可以看出，當FC增大時，S變小，則集膚深度越深，同時其交流阻抗Z= KZC（FC）1/2也變大，因此在相同數值的電流作用下，負載所獲得的能量也越高，而電流及線路損耗相應地也會變小，從而提高了加熱效率，同時還可起到節約電能的目的。變頻加熱電源正是基于這一原理做成的，利用變頻技術，可將運行頻率提高到工頻的數倍，加熱效果會明顯提高。

2、整機原理框圖如圖一示。

首先將380V/50HZ的三相交流電經整流、濾波成直流電，經逆變電路變成頻率連續可調的單相電，再經中頻變壓器隔離后，輸送到加熱電纜給油層加熱。

其主功率器件采用的是德國西門子公司的第三代大功率器件IGBT，控制器件為單片機，是8位工業專用微處理機AT89C51，它具有很強的環境自適應能力和抗干擾能力，工作可 靠，壽命長等優點。

二、變頻加熱電源的特點：

1、采用了先進的移相控制技術和軟起動技術，使工作更可靠。

2、人機對話的顯示界面，可通過鍵盤的選擇顯示工作頻率及電流，輸出脈沖的占空比、電流變比等，并可顯示故障狀態及原因，使顯示更直觀，更易于操作。顯示與主控板共用一個線路板，排列更緊湊，避免了信號傳輸過程中的干擾，工作更穩定。

3、輸出部分采用環形中頻變壓器，用于隔離輸入、輸出電壓，同時經電容組與控制柜輸出相連接，起到隔直作用，防止由于直流偏磁或過勵磁產生的磁飽和，同時可起到串聯諧振的作用。

中頻變壓器為非晶鈦材料，導磁率高，工作頻率高，自身能量損耗極低，整機效率提高。若頻率再提高，其體積可做得更小，工作效率更高。

4、保護功能齊全。

設置了過流、短路、機內溫升過高及過、欠壓保護，功能更齊全，工作更可靠，避免了由于各種不正常因素而造成的損壞。

三、應用效果。

我們在勝利油田濱南采油廠、遼河油田曙光采油廠等幾個稠油井分布的區域內上百口井運用了該技術，通過現場調整，結合加熱電纜及功率，一般將頻率調至500HZ左右，比工頻提高了10倍，根據功率調整電流，一般75KW的在80A左右，90KW的在100A左右，其加熱效果十分明顯，較之工頻加熱：

（1）功率因數明顯提高，原工頻加熱，功率因數約在0、7左右，而用變頻加熱，經測試都在0.95以上。

（2）減少了對電網的污染。原工頻加熱，需三相變二相，造成變壓器輸入三相電壓嚴重不平衡，對電網污染嚴重。應用變頻器以后，功率因數提高，諧波含量明顯減少，減輕了對電網的污染。

（3）加熱效果明顯。根據集膚效應，頻率提高后，負載所獲得的能量提高，線路損耗也相應減少從而提高了加熱效果。據測試，變頻加熱可比工頻加熱提前1—2小時達到欲定效果，而且溫度也要高。

（4）保護功能齊全。原工頻柜因無單片機控制，其保護功能差，往往由于負載的短路、斷路及電壓的不穩定，造成變壓器燒毀、工作不穩定。而變頻柜由于單片機的控制，其保護功能齊全，避免了由于電網及負載的故障引起的問題，保證系統的穩定運行。

（5）節能效果明顯。據測試，每臺變頻柜比相應的工頻柜節電都在20%左右，有力的節約了電能，提高了工作效率，保證了加熱系統的效果。

總之，變頻加熱是稠油熱采的一次革命，我國的稠油資源相當豐富，我們推廣該技術，是可以為我國的采油事業作出一定貢獻的。

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