基于變頻技術的新型抽油機控制系統

魏輝 河南機電高等專科學校

目前我國油田開采普遍采用的是游梁式抽油機，但這種抽油機將逐步被淘汰。基于抽油機的控制方式，采用PLC和變頻控制器相結合的原理，制造出了高效率、操作靈活、可靠性能高以及具有良好抗干擾能力的新型抽油井，其在短時間內達到最佳工作狀態，為原油開采提供保障。

游梁式抽油機處于靜止狀態時所負載的功率比較大，一般為工作狀態的3~4倍，為了確保抽油機能夠在正常狀態下工作，抽油機所負載的功率和變壓器的容量幾乎都已經達到了最大值。就目前情況看，確實能夠在有效的時間內使抽油機達到所需的工作電壓，但是工作效率以及正常運轉系數都有明顯的降低[1]。其主要原因在于抽油機本身電容量比較大，在實際應用中，用到工作中的電流只占到電容量的30%左右，電機功率以及正常運轉系數的降低，使得對電網傳輸功率不斷增加，導致電流在傳輸線路上的損耗也逐漸上升，對傳輸電流的質量也會有不同程度的影響。歸根到底，傳統抽油機實際上是一個高耗能裝置。

1 變頻控制抽油機的提出

各個油田在采油設備上都使用了游梁式抽油機，但是此設備的功耗大，負載效率低，且相應的安全系數也已經到了最低限度。原油每天的開采量隨著工業不斷的發展而不斷增加，設備的普及量也與日俱增，如何才能保證設備高效節能的工作，成為石油企業生產研究的熱點。

電源部分節能主要是從變壓器為設備提供的電壓、電流開始，即動力系統來源的首端，并且要注重傳輸線路的損耗以及到終端用戶之間的損耗[2]。

對于抽油機改造，石油企業重點推出使用變頻控制器等控制設備的方案，此方案的推出有以下幾點優勢：①對于設備的功率因數的提高具有至關重要的作用；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，對電機功率因數進行調節；③根據流體的不同，變換氣缸內的活塞壓縮空氣的頻率；④降低了設備的損耗程度，延長了設備的使用年限，提高了抽油機的工作效率。

2 抽油機的改造過程

原油在地表深處開采出來后，通過石油管道運輸過程中，需要對原油進行壓縮，一般的壓縮鋼瓶難以承受原油氣高強度的壓力，為此采用了液化配置器。該裝置可以根于不同濃度的原油進行配比壓縮，最后縮化到鋼瓶內。整個裝置中最關鍵的部分就是變頻控制器的選用，以對主體設備起到一個自動控制功能，即當有不同頻段的信號經過時，對信號的波形進行調節[3]。

變頻控制器對電壓、電流的調節過程，始終貫徹節能環保的思想。變頻控制的抽油機在原油抽取過程中，會根據抽取原油的不同流速，來調節電流電壓的分配情況。當進行大量的原油開采時，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，會根據原油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做進一步的調節。

3 改造后變頻抽油機的運行

改造后的變頻抽油機應用到正常的原油開采工作中，在抽油機上升和下降階段需要有不同程度的變速層次[4-5]。抽油機在提升到達地面以后，還要再次進行地下深層的抽油動作，在系統設計程序中，加裝了4個變頻開關，即P1001、P1002、P1003、P1004，圖1為經過改造后的設計結構原理圖。

圖1 改造后的抽油機結構

其中P1001和P1002為提升高低速運轉開關，P1003、P1004為軸桿轉向開關。抽油機在抽取原油上升過程中，起始為低速上升階段，但是每隔2 s便會有1m/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至固定的壓縮鋼瓶內，此操作過程為提升階段。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。

通過對抽油機上變頻控制器的改造，使得該設備與傳統設備相比較在功耗上有了明顯的減少，并且在運轉過程中設備的安全系數也提高了很多。

[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（3）：23-25.

[3]劉復玉，張智芳，孫洪濤．智能抽油機節能控制器的研制[J]．山東理工大學學報：自然科學版，2003（4）：101-103.

[4]周封，胡洋，孫志剛．抽油機節能方法與變頻技術合理應用研究[J]．節能技術，2010（3）：218-221.

[5]孫偉．輸油泵機組高壓變頻調速節能技術[J]．油氣田地面工程，2009，28（7）：51-52.