يُذكركم مُورِّدو مُحوِّلات التردد المُخصصة لحقول النفط بأن مُحوِّلات التردد تُستخدم على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي للشركات وفي الحياة اليومية للأفراد. ويعود هذا الاستخدام الواسع لمُحوِّلات التردد بشكل رئيسي إلى خصائصها الممتازة في توفير الطاقة وتنظيم السرعة. يُعَدّ إنتاج واستهلاك الطاقة في الصين من بين الأعلى عالميًا. ولحل مشكلة استهلاك الطاقة في المنتجات، بالإضافة إلى المشكلات التقنية الأخرى ذات الصلة التي تحتاج إلى تحسين، أصبح تنظيم سرعة التردد المتغير أداةً فعّالة لتوفير الطاقة وتحسين جودة المنتج.
في الوقت الحاضر، من بين معدات الضخ المستخدمة في معظم حقول النفط، تُعد وحدة ضخ الحزمة الأكثر استخدامًا والأكبر حجمًا. من ناحية أخرى، تتمثل حركة وحدة ضخ الحزمة في الرفع والخفض بشكل متكرر، مرة واحدة في كل شوط. تأتي قوتها من منزلقان فولاذيان بوزن كبير مدفوعان بالمحرك الكهربائي. عند رفع المنزلقان، يعملان كرافعات، مما يُرسل قضيب استخراج النفط إلى البئر. عند خفض المنزلقان، يُرفع قضيب استخراج النفط إلى رأس البئر بالزيت. نظرًا للسرعة الثابتة للمحرك، يتم تقليل الحمل أثناء نزول المنزلقان، ولا يمكن جذب الطاقة الناتجة عن سحب المحرك بواسطة الحمل. سيجد حتمًا قناة لاستهلاك الطاقة، مما يتسبب في دخول المحرك في حالة توليد طاقة متجددة، وتغذية الطاقة الزائدة إلى شبكة الطاقة، والتسبب في زيادة جهد ناقل الدائرة الرئيسية، مما سيؤثر حتمًا على شبكة الطاقة بأكملها، مما يؤدي إلى انخفاض جودة مصدر الطاقة ومعامل القدرة، ومواجهة غرامات من شركات إمداد الطاقة. خطر؛ قد تؤدي الصدمات الكهربائية عالية الجهد المتكررة إلى إتلاف المحرك ونقص الحماية الموثوقة. يؤدي تلف المحرك إلى انخفاض كفاءة الإنتاج وزيادة الصيانة، مما يؤثر سلبًا على توفير الطاقة وخفض استهلاك معدات الضخ، ويتسبب في خسائر اقتصادية فادحة للشركة. من ناحية أخرى، يؤدي استخدام منزلقين فولاذيين كبيرين في وحدة ضخ الشعاع إلى العديد من المشاكل، مثل ارتفاع قوة تأثير بدء تشغيل وحدة الضخ. بالإضافة إلى المشكلتين المذكورتين، تُحدد البيئة الجغرافية الخاصة لإنتاج حقول النفط خصائص تشغيل معدات استخراج النفط. في المرحلة الأولى من إنتاج آبار النفط، تتوفر كميات كبيرة من النفط المخزن وإمدادات كافية من السوائل. لتحسين الكفاءة، يمكن اعتماد نظام تردد الطاقة لضمان إنتاج نفطي مرتفع؛ أما في المراحل المتوسطة والمتأخرة، فنظرًا لانخفاض احتياطيات النفط، من السهل حدوث نقص في إمدادات السوائل. إذا استمر تشغيل المحرك بتردد الطاقة، فسيؤدي ذلك حتمًا إلى هدر الطاقة الكهربائية والتسبب في خسائر غير ضرورية. في هذه المرحلة، من الضروري مراعاة ظروف التشغيل الفعلية، وتقليل سرعة المحرك بشكل مناسب، وتقليل شوطه، وتحسين معدل التعبئة بشكل فعال. ولحل المشاكل المذكورة أعلاه، يمكن إدخال تقنية تحويل التردد في التحكم في وحدات ضخ الشعاع.
من خلال تحديد تردد تشغيل المحرك بناءً على تيار عمله، يمكن تعديل شوط وحدة الضخ بسهولة وفقًا لتغيرات ظروف البئر، مما يحقق هدف توفير الطاقة ويحسن معامل القدرة لشبكة الكهرباء. في الوقت نفسه، يتميز محول التردد ببداية سلسة منخفضة السرعة، ويمكن تعديل السرعة بسلاسة ونطاق واسع. يتميز بوظائف حماية كاملة للمحرك، مثل قصر الدائرة، والحمل الزائد، والجهد الزائد، وانخفاض الجهد، والتوقف، مما يحمي المحرك والمعدات الميكانيكية بفعالية، ويضمن عمل المعدات بجهد آمن، وله العديد من المزايا مثل التشغيل السلس والموثوق، وتحسين معامل القدرة، وغيرها. إنه حل مثالي لتحويل معدات إنتاج النفط.
في الوقت الحاضر، هناك ثلاثة جوانب رئيسية لتحويل محول التردد لوحدات ضخ الحزمة:
(1) يهدف تحويل التردد إلى تحسين جودة شبكة الكهرباء وتقليل تأثيرها عليها. ويركز هذا بشكل رئيسي على الحالات التي تتطلب فيها شركات إمداد الطاقة متطلبات عالية لجودة الشبكة. ولتجنب تدهور جودة الشبكة، يجب إدخال نظام التحكم في التردد المتغير، بهدف رئيسي هو تقليل تأثير عملية تشغيل وحدة الضخ على الشبكة. وقد أُدرج هذا التطبيق في جدول التطبيقات في مصنع لينبان لإنتاج النفط في حقل شينغلي النفطي.
(2) تجديد تحويل التردد مع الحفاظ على الطاقة كهدف أساسي. هذا أمر شائع جدًا. من ناحية أخرى، للتغلب على عزم بدء التشغيل الكبير لوحدات ضخ حقول النفط، تُستخدم محركات كهربائية أكبر بكثير من الطاقة المطلوبة الفعلية. يتراوح معدل استخدام المحركات الكهربائية أثناء التشغيل عمومًا بين 20% و30%، ولا يتجاوز أعلى معدل 50%. غالبًا ما تكون المحركات الكهربائية في حالة حمل خفيف، مما يؤدي إلى هدر موارد المحرك. من ناحية أخرى، تتغير حالة تشغيل وحدة الضخ باستمرار، والتي تعتمد على الحالة تحت الأرض. إذا كانت تعمل دائمًا بتردد الطاقة، فسيؤدي ذلك حتمًا إلى هدر الطاقة الكهربائية. من أجل توفير الطاقة وتحسين كفاءة المحركات الكهربائية، يلزم تحويل تحويل التردد.
(3) تجديد تحويل الترددات بهدف تحسين جودة شبكة الكهرباء وترشيد استهلاك الطاقة. يجمع هذا الوضع مزايا التحويلين السابقين، ويمثل اتجاهًا تطويريًا هامًا في التطبيقات.
في عملية التطبيق الفعلية، ظهرت العديد من المشاكل، تركزت بشكل رئيسي على معالجة الطاقة المولدة من حالة توليد الطاقة في وحدة ضخ الشعاع. في الحالة الأولى، قد يكون استخدام محول تردد عادي مع وحدة كبح مستهلكة للطاقة مريحًا نسبيًا، لكن هذا يأتي على حساب استهلاك طاقة أكبر، ويرجع ذلك أساسًا إلى عدم إمكانية تغذية الطاقة المولدة إلى الشبكة. عند عدم استخدام محول التردد ويكون المحرك في حالة كهربائية، يمتص المحرك الطاقة الكهربائية من الشبكة (يدور العداد للأمام)؛ أما عندما يكون المحرك الكهربائي في حالة توليد، فإنه يُطلق الطاقة (يدور العداد عكسيًا)، وتُعاد الطاقة الكهربائية مباشرةً إلى الشبكة دون أن تستهلكها المعدات المحلية. يتمثل الأداء العام في أن معامل القدرة لنظام إمداد الطاقة لوحدة الضخ منخفض نسبيًا، مما يؤثر بشكل كبير على جودة شبكة الكهرباء. ولكن عند استخدام محول تردد عادي، يتغير الوضع. يتم تصحيح دخل محول التردد العادي بالديود، ولا يمكن أن تتدفق الطاقة في الاتجاه المعاكس. الجزء المذكور أعلاه من الطاقة الكهربائية لا يعود إلى الشبكة ويجب استهلاكه محليًا باستخدام المقاومات، ولهذا السبب يجب استخدام وحدات الكبح المستهلكة للطاقة. بالنسبة للسيناريوهين الثاني والثالث، من الضروري التعامل بشكل صحيح مع الطاقة الكهربائية المولدة من حالة توليد طاقة المحرك وإرجاعها إلى الشبكة. وإلا، فقد لا تتمكن الطاقة الموفرة عن طريق ضبط شوط وحدة الضخ من تعويض الطاقة التي تستهلكها وحدة كبح محول التردد، مما يؤدي إلى استهلاك الطاقة أثناء عملية تحويل التردد، وهو ما يتعارض مع هدف الحفاظ على الطاقة. لحل هذه المشكلة، من الضروري تعديل محول التردد العادي عن طريق إدخال هيكل PWM مزدوج في الهيكل لضمان إعادة تغذية الكهرباء المولدة أثناء توليد الطاقة إلى الشبكة؛ إدخال التحكم التكيفي في طرق التحكم للتكيف مع بيئة العمل المتغيرة لوحدات ضخ الشعاع.