數(shù)字化抽油機在機械采油中的推廣與應用

摘 要：本文主要闡述數(shù)字化抽油機優(yōu)勢，并重點闡述了數(shù)字化抽油機不平衡的危害、節(jié)能技術及數(shù)字化抽油機推廣應用情況。

關鍵詞：數(shù)字化抽油機；機械采油；推廣與應用

常規(guī)式抽油機是長慶油田機械采油的主要設備，俗稱“磕頭機”。長慶油田屬原油滲透率低，高含蠟，井下供液不足，井況變化大。有些采油單位為了追求高產(chǎn)量，調(diào)高沖次，導致供液不足，泵效低。連續(xù)高沖次抽汲，易造成油井枯竭，不能實現(xiàn)合理采油，間抽又造成油井結蠟，冬季管線堵塞。目前長慶油田99.9%的抽油機采用常規(guī)式抽油機，耗電量也非常大。因此在該油田大力推廣和應用數(shù)字化抽油機非常必要。

1.數(shù)字化抽油機介紹

數(shù)字化抽油機是由游梁式抽油機和數(shù)字化抽油機智能控制柜組成。

數(shù)字化抽油機是在游梁式抽油機上集成了油井參數(shù)采集模塊、控制模塊、智能控制裝置，可實現(xiàn)對抽油機運行狀態(tài)的參數(shù)采集與上傳以及參數(shù)調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)自身智能控制，亦可通過上位機進行遠程控制等功能。

2.推廣和應用數(shù)字化抽油機的原因

數(shù)字化抽油機與常規(guī)抽油機相比較有以下優(yōu)勢：①數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸。采集主電動機電流、電壓、功率、頻率等電參數(shù)，采集井口載荷，采集抽油機的沖次、沖程、平衡度等參數(shù)，并對采集的參數(shù)數(shù)據(jù)實現(xiàn)本地讀取、計算，將站控系統(tǒng)所需參數(shù)和示功圖進行通信傳輸；②多種控制方式。抽油機具有本地自動、本地手動、和遠程的三種控制方式。啟停操作能夠通過本地自動和遠程控制兩種方式實現(xiàn)。沖次、平衡調(diào)整操作可通過本地自動、本地手動和遠程三種控制方式實現(xiàn)；③語音提示/報警：按照上位機指令，進行語音提示和報警；④數(shù)字化抽油機平衡度的自動判定及調(diào)整。自動監(jiān)測并實時顯示抽油機的平衡狀況，通過對采集的數(shù)據(jù)進行分析和計算，將抽油機調(diào)整到最佳的平衡狀況，保持減速箱的扭矩運行在允許范圍之內(nèi)，同時達到節(jié)能的效果；⑤數(shù)字化抽油機工作沖次的判定及調(diào)整。自動監(jiān)測并實時顯示抽油機的沖次。可以手動無級調(diào)節(jié)沖次，也可以根據(jù)油井產(chǎn)液量的大小，通過控制柜對運行數(shù)據(jù)的采集和分析計算進行自動調(diào)節(jié)，在保證油井產(chǎn)液量的同時耗能最低；⑥超載和超限的保護。抽油機控制系統(tǒng)具有超載、失載、缺相、過流、短路、超速、防雷擊、防閃斷等保護功能；⑦兩種控制回路。抽油機具備工頻和變頻兩種控制電路。變頻啟動能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動，降低了啟動電流，對電動機進行有效保護，減小了對電網(wǎng)的沖擊。⑧可實現(xiàn)老游梁式抽油機數(shù)字化改造。

數(shù)字化抽油機智能控制系統(tǒng)與常規(guī)抽油機控制箱相比較有以下優(yōu)勢：①系統(tǒng)的主要保護功能：（a）具有防雷功能；（b）系統(tǒng)具備電源防閃斷功能；（c）變頻狀態(tài)保護功能：變頻器過載保護，電機過載保護、外設保護、電流檢測異常、輸出對地短路異常、運行中異常掉電、輸入電源異常、輸出缺相異常、電源欠壓、過流保護、過壓保護、模塊保護、散熱器過熱保護等保護功能。②系統(tǒng)主要功能：（a）系統(tǒng)具備工頻和變頻兩套系統(tǒng)；（b）系統(tǒng)具備工頻、變頻無縫切換功能及變頻故障啟動切換到工頻運行功能；（c）系統(tǒng)具備載荷、位移及電參量的同步采集功能；（d）系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)的有線/無線傳輸功能；（e）沖次的手動/自動調(diào)節(jié)功能；（f）具有平衡分析功能，并實現(xiàn)抽油機平衡度的自動調(diào)節(jié)，同時具備平衡本地調(diào)節(jié)功能。

下面重點闡述數(shù)字化抽油機調(diào)平衡和節(jié)能技術：

抽油機井平衡率是日常生產(chǎn)管理中的一項重要指標，抽油機在工作過程中懸點承受的是交變載荷，上沖程載荷很大，下沖程載荷較小，這樣就會造成上沖程電動機做功很大，下沖程電機做負功，即懸點拉著電機旋轉(zhuǎn)。因此也就會造成抽油機不平衡。抽油機不平衡產(chǎn)生的危害挺大：對電機，由于抽油機不平衡引起電機負荷的不均勻，造成功率浪費和效率降低，縮短電機壽命。抽油機是油田的主要能耗設備，其不平衡狀況可直接導致能耗增加15%～25%。對抽油機，由于抽油機曲柄運轉(zhuǎn)不平衡，使抽油機發(fā)生振動，導致各連接螺絲松動，易出現(xiàn)故障，影響抽油機裝置的使用壽命；對抽油泵及抽油桿，由于運轉(zhuǎn)不平衡，影響抽油桿和泵的正常工作。因此， 抽油機平衡狀況的好壞，直接影響到抽油機的效率、能耗和壽命，對抽油桿和抽油泵的工作狀況 也有很大的影響，必須予以高度重視。抽油機調(diào)平衡是節(jié)能降耗、延長設備使用壽命的一項重要的技術措施。常規(guī)抽油機調(diào)平衡既不方便，又不安全，費時費力，而數(shù)字化抽油機根據(jù)自動監(jiān)測并實時顯示抽油機的平衡狀況，可手動或自動將抽油機調(diào)整到最佳的平衡狀況，降低峰值電流，達到保護減速器和節(jié)能的目的。方便安全，達到了節(jié)能、延長了電機、抽油機、抽油桿及抽油泵的效果。

數(shù)字化抽油機節(jié)電技術采用變頻調(diào)速控制，則可以改變抽油機長期處于低效做功的狀態(tài)，使其工作方式與油井實際負荷相匹配，保證每次都抽油，減少低效甚至無效抽取，從而降低電費開支，減少維護成本，提高運行效率。效果如下：

2.1.變頻器具有軟起動功能起動時電流較小，對電網(wǎng)沖擊小，起動時能耗大為降低。避免了啟動時的相當于3～7倍的額定電流，避免了不必要的電能損耗。同時減少了對電動機，變速箱，抽油機等大機械的沖擊，延長了相關設備的使用壽命。在工作中電機的功率因數(shù)可從0.2～0.5提高到0.9，減輕電網(wǎng)和變壓器的負擔，降低線損，大量減少了無功損耗。

2.2.引進變頻器控制可實現(xiàn)設備上，下行程自動識別從而控制抽油機上、下行程的電機運行頻率分別可調(diào)，以改變抽油機上、下行程的運行速度。解決了因更換皮帶輪調(diào)沖次造成的停產(chǎn)，從而提高了生產(chǎn)效率。同時達到滿足泵效的情況下耗用最少的電能。

2.3.由于抽油機下行時負載性質(zhì)為位勢負載，變頻器加裝能耗制動功能后恰能適應其工況。對于改變抽油機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)最佳工作狀態(tài)帶來很大方便。降低漏失，提高泵效。

3.數(shù)字化抽油機的推廣與應用

數(shù)字化抽油機是針對目前數(shù)字化建設現(xiàn)場施工中安裝工作量大、野外施工難度大、油田現(xiàn)場動火、動電危險度高、設備集成度低、各施工單位安裝方式不統(tǒng)一等問題而研制的新產(chǎn)品。該產(chǎn)品集成油井數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)抽油機自動調(diào)節(jié)平衡，自動調(diào)節(jié)沖次。現(xiàn)場安裝和數(shù)字化建設安裝同步進行，節(jié)約建設成本，縮短建設周期，對油田數(shù)字化建設起到了積極地推動作用。

長慶油田在建設西部大慶過程中，數(shù)字化抽油機經(jīng)歷了試點到推廣過程，取得了良好的效果，目前新投油井全部采用數(shù)字化抽油機并對常規(guī)抽油機進行數(shù)字化改造，這也有力促進了油田數(shù)字化建設。

4.結束語

數(shù)字化抽油機是目前有桿泵采油設備中最先進的，它在游梁式抽油機上，融合了信息技術、嵌入了傳感器、集成了電路、軟件和其它信息器件，集成了油井功圖和電參數(shù)的采集與傳輸，具有沖次、平衡等參數(shù)隨工況自動調(diào)節(jié)的抽油機，它還采用變頻調(diào)速既無啟動沖擊，又可解決選型保守、線路較長等所致的功率因數(shù)偏低等問題，獲得節(jié)能增效的同時又能提高整機壽命。尤其是油泵的壽命，減少機械故障提高可靠性。因此很有必要低滲透油田中大力推廣和應用。