抽油機多功能調速裝置與伺服試驗對比

張利（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

抽油機多功能調速裝置與伺服試驗對比

張利（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

游梁式抽油機是油田普遍采用的采油裝置，在工作過程中由于上下沖程的載荷不均勻，嚴重影響了換向機構、減速箱和電動機的壽命和效率，致使系統能耗偏高。針對這一問題提出了分別應用抽油機多功能調速裝置與伺服拖動系統技術，這兩種技術都可以根據油井實際運行狀態自動實時調控電動機的機械特性,使之與抽油機的負載變化相互匹配, 使拖動裝置扭矩輸入功率變化趨于平緩，實現降低油井能耗，提高系統效率。文中介紹了這兩種方法的技術原理及功能特點，并結合喇嘛甸油田應用情況對這兩種技術的應用效果作了對比評價。

抽油機 多功能調速裝置 伺服 試驗 對比

截至 2012 年底，大慶油田采油三廠抽油機總井數共有 2778口，開井數2559口，平均裝機功率46.28kW， 平 均 單 井 產液 57.14t/d， 平 均 單 井日耗電 270.5kWh， 功率利 用率 28.43%，機 采井系 統效率 31.39%，噸液耗電 4.73kWh。

通過加強節能精細管理，加大高效節能技術措施應用力度，取得了能耗下降、系統效率提升的好效果，有效降低了舉升成本。

1 多功能調速裝置試驗

抽油機多功能調速裝置以變頻調速、單片機測量控制為基礎，通過半導體器件的通斷進行變頻調速，從而實現不停機條件下沖速的連續調節，滿足油井的供排協調需求，實現動態節能優化。

1.1試驗情況及分析

2012年8月在7-P282井進行試驗，現場對多種工作狀態進行了測試對比，見表1。

表1 試驗井生產參數水平情況

現場測試表明，在功率隨動狀態下有功節電率達 到 9.85% ， 綜 合 節電率為 15.1%， 說 明 功 率 隨 動控制具有較好的自動跟蹤調整的節能效果；而同一個沖程周期內，通過上快下慢的設計，有功節電率為 6.79%，綜合節電率為 12%，說明對上、下行程進行不同的速度設計同樣具有較好的節電效果。而上慢下快的運行狀態由于下行阻力的加大，會導致能耗上升，見表2。

表2 試驗井測試效果對比

現場對工頻與上快下慢狀態的示功圖及電流進行了測試。分析表明，上快下慢運行時的最大載荷呈明顯下降趨勢，通過載荷波動變化看，上快下慢的下行載荷明顯平緩，振動載荷幅度明顯降低。從電流測試對比看，上快下慢比工頻有顯著降低。

1.2功能特點

多功能調速裝置具備以下功能：

1）在線的無級調速功能，以及功率隨動 （即動態的跟蹤調整）功能。

2） 可測量抽油機井的電參數、電流平衡度、功率平衡度，以及電量累計計量，可實現數據的連續存儲、提取（U盤）和回放，方便抽油機井的生產管理與能耗管理。

3） 可對工況數據進行分析判斷，檢測設備運行的平穩性，對工況實現桿斷、皮帶斷、過載、欠載等保護控制功能。現場安裝見圖1。

圖1 現場安裝圖

2 無級調速交流伺服電動機拖動系統試驗

2.1技術原理

無級調速交流伺服電動機拖動系統，由異步交流伺服控制器和低速大扭矩異步交流伺服電動機構成。

伺服控制器是伺服控制電動機系統的核心。伺服控制器采用數字信號處理器作為控制核心，可實現比較復雜的控制算法，通過位置、速度和力矩三種方式對電動機進行控制，實現高精度的傳動系統定 位[2]。

2.2試驗情況及分析

2011年 6月在試驗井上分別采取工頻、伺服狀態進行了能耗參數的測試，試驗數據見表3。

表3 4-1838井伺服試驗效果對比

試驗表明，在相同抽汲參數下（沖程、沖速），對比工頻，伺服控制的有功節電率可達到14.38%，說明通過伺服內置編碼器實現速度、位置、力矩的閉環控制可有效實現電能的及時響應與供給；而上快下慢的沖速設計有功節電率可達到15.8%，說明同一沖程周期內進行變參數的設計同樣具有較好的節能效果。

2.3功能特點

1） 伺服電動機為低轉速大扭矩的交流伺服電動機，可大范圍無級調速，抽油機可以實現無級調參。

2） 伺服具備完善的監控、保護功能，以及過電壓、過電流、短路、缺相、超載等保護功能。可在線調整上下沖程的速度，有利于提升泵效。

3） 可實現軟起動、軟停，同時系統過載能力強，具有3倍的過載能力。

3 抽油機多功能調速裝置與伺服試驗對比

1） 多功能調速裝置、伺服控制系統均是基于變頻調速、自動響應原理的節能技術。不但可實現無級調速控制，而且均可以通過設計的閉環控制和快速響應特性對電動機轉矩的實時調節，可以合理地協調驅動裝置的運行狀態，有效降低系統能耗。

2） 二者相比，多功能調速裝置屬變頻類，側重于速度控制，多用于開環控制，無需編碼器；伺服屬于閉環控制系統，更側重于位置與力矩的精確控制。

3） 初步試驗表明，抽油機井在一個沖程周期內上快下慢的參數設計，可降低油井有功消耗，同時可提高泵效，減少漏失量。此外分析表明，下行速度的降低，可有效起到緩解桿管偏磨的作用。

4） 二者均可以通過配套儀表、傳感器及軟件系統，實現油井的閉環控制，智能的自動啟停控制，以及油套壓、示功圖、產量等多參數的測量記錄與數據遠程傳輸。

[1]趙來軍,倪振文,職黎光,等.游梁式抽油機智能控制裝置的研制[J].石油礦場機械,1998(6):25.

[2]盧英.交流伺服位置控制系統的研究與應用[J].電氣技術,2008(6):8.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.003.017

2013-01-08）

張利，2005年畢業于大慶石油學院 （石油工程專業），從 事 基 層 管 理 工 作 ， E-mail： Lizhang1@petrochina.com.cn ， 地 址 ：黑龍江省大慶油田有限責任公司第三采油廠試驗大隊，163000。