變頻控制器在抽油機上的應用

張群 秦皇島廣播電視大學

變頻控制器在抽油機上的應用

張群 秦皇島廣播電視大學

當前的抽油機設備都是應用大規模的集成電路，零部件的配置相當高，但在實際運行中工作效率卻非常低，并且造成資源的浪費現象。變頻控制器可以在新興數模電路中對輸出/輸入信號進行轉化，即當有不同頻段的信號經過時，對信號的波形進行調節。對石油進行大量開采的過程中，變頻控制器會把工作電壓調節到抽油機正常運轉效率最高時的電壓。將變頻控制器應用在抽油機上，抽油機的功耗明顯減少，在運轉過程中設備的安全系數也提高了很多。

抽油機；變頻控制器；改造；負載

我國油田目前采用的大多是油梁式抽油機，隨著科技發展的不斷進步，這種樣式的抽油機逐步將被淘汰。針對抽油機的控制方式，將PLC和變頻控制器相結合，研發出了高效率、操作靈活、可靠性能高以及具有良好抗干擾能力的抽油設備，該設備可在短時間內達到最佳運行狀態。

當前國內外使用的抽油機主要以游梁式抽油機為主，這是油井中最常見的抽油機。這種抽油機設計結構簡單，操作復雜性小，并且故障率低，在石油開采過程中能夠為井下的泵力系統提供動力。

根據當前國內油田的采油情況，以大慶油田采油設備為例，每臺設備最大的運載功率能達到45 kW，但是在實際工作中運行功率只能達到9 kW左右，使抽油機設備在實際工作中的運轉功率只能占到最大運載功率20%，運載效率極低。其在電力消耗的總值占到抽油生產總值的35%左右，而電力資源浪費能占到電力消耗總值的17%左右，可以說電力能源方面的浪費幾乎能占到整個電力系統的一半。隨著科技技術的不斷進步，當前的抽油機設備都是應用大規模的集成電路，零部件的配置相當高，但在實際運行中工作效率卻非常低，并且造成資源的浪費現象。

1 變頻控制抽油機的提出

各油田使用的游梁式抽油機的弊端逐漸引起了國內石油企業的高度重視。經過多次研討之后，節能的首選目標主要是從電源部分和終端用戶部分著手。電源部分主要是從變壓器為設備提供的電壓、電流方面開始，即動力系統來源的首端。并且注重傳輸線路的損耗以及終端用戶之間的損耗，電源部分主要包括大型工作電動機以及相應的大規模集成電路，對于一些負載過低的元器件要及時更換，確保設備在正常工作電壓下以最大效率來帶動設備正常運轉[1-2]。

對于設備改造的方案，石油企業重點推出采用變頻控制器控制設備的運行，此方案有以下幾點優勢：①對于設備的功率因數的提高起著至關重要的作用；②能夠自動控制電路中電壓的起伏變化情況，根據抽油速度的不同，對電機功率因數的調節有著明顯的作用，避免造成不必要的浪費；③能夠在有效時間內調節抽油機的沖程、沖次；④降低了設備的損耗程度，延長了設備在工作中的使用年限，提高了抽油機的工作效率。

2 改造后變頻抽油機的運轉情況

2.1 抽油機設備的改造過程

根據抽油機設備采用部件的原理，設計了設備結構原理圖，如圖1所示。主要采用的設備裝置有提油液化配置器、懸繩、接地開關、配重起步機、連桿、變頻控制器、電動機、PLC控制開關。提油液化配置器的作用是在抽取提煉時壓縮占地面積，在運輸途中通過石油管道對石油原液進行壓縮，實現技術性優化。配重起步機在設備結構流程中起到的作用主要是減輕石油壓縮鋼瓶提升的重量，在提升的階段先用起重機對所提升的貨物進行估測，是否能到達最大的提升重量。整個裝置中最關鍵的是變頻控制器的選用，它對主體設備起到一個自動控制功能。變頻控制器可以在新興數模電路中對輸出/輸入信號進行轉化，即當有不同頻段的信號經過時，對信號的波形進行調節。變頻控制器對電壓、電流的調節，始終貫徹節能環保的思想，由變頻控制的抽油機在石油抽取過程中，根據抽取石油的不同流速，來調節電流、電壓的分配情況。對石油進行大量開采過程中，變頻控制器會把工作電壓調節到抽油機正常運轉效率最高時的電壓，使其電壓能夠得到充分利用。當在采油過程中有相對“量”的變化時，會根據原液的流速來調節設備工作的運行功率，進而對電機的驅動快慢程度的變化做進一步的調節。

圖1 設備結構原理

2.2 改造后變頻抽油機的運行分析

改造后的變頻抽油機應用到正常的抽油工作中，在抽油桿上升和下降階段需要有不同程度的變速層次。抽油機在提升到達地面以后，便要再次進行地下深層的抽油運作，在系統設計程序中，加裝了4個變頻開關，即P1001、P1002、P1003、P1004。其中P1001和P1002為提升高低速運轉開關，P1003和P1004為軸桿轉向開關。抽油機在抽取石油原液上升過程中，起始為低速上升階段，但是每隔2 s便會有1 m/s的加速階段。在提升過程中接近P1001變頻開關時，始終保持抽油機在加速階段，直到加速到P1002開關的位置處，便會停止加速，保持勻速階段上行，直到到達地表把抽到的原油運轉到固定的壓縮鋼瓶內。此操作過程為提升階段，后期由高低速運行開關、轉向軸桿轉向開關促進提升階段進一步向下降階段轉化。當P1002開關轉向P1003開關時，預示著有提升逐步向下降轉化。最后由P1003開關向P1004開關轉化，即周期循環操作流程完畢。在此運行流程中沒有任何故障性的失誤，簡化了操作工序的流程。

3 結語

針對抽油機的控制方式，將PLC和變頻控制器相結合，研發出了高效率、操作靈活、可靠性能高以及具有良好抗干擾能力的抽油設備，該設備可在短時間內達到最佳運行狀態。

將變頻控制器應用在抽油機上，抽油機的功耗明顯減少，在運轉過程中設備的安全系數也提高了很多。針對于PLC變頻控制器研究應用不只是用在石油工業中，在其他各個行業都有廣泛的應用，其主要作用是節能環保，相信變頻控制的抽油機會給石油行業帶來更多的經濟效益。

[1]陳普華，梁少梅/變頻器在抽油機上應用的若干問題探討[J]．電氣傳動自動化，2005，26（12）：14-18.

[2]王林，王新云，楊衛平，等．BJK節能控制裝置在油田機械采油中的應用[J]．油氣田地面工程，2002，21（13）：23-25.

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.036