張利（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

抽油機多功能調(diào)速裝置與伺服試驗對比

張利（大慶油田有限責(zé)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(yán)重影響了換向機構(gòu)、減速箱和電動機的壽命和效率，致使系統(tǒng)能耗偏高。針對這一問題提出了分別應(yīng)用抽油機多功能調(diào)速裝置與伺服拖動系統(tǒng)技術(shù)，這兩種技術(shù)都可以根據(jù)油井實際運行狀態(tài)自動實時調(diào)控電動機的機械特性,使之與抽油機的負(fù)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(xiàn)降低油井能耗，提高系統(tǒng)效率。文中介紹了這兩種方法的技術(shù)原理及功能特點，并結(jié)合喇嘛甸油田應(yīng)用情況對這兩種技術(shù)的應(yīng)用效果作了對比評價。

抽油機 多功能調(diào)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?dāng)?shù)共有 2778口，開井?dāng)?shù)2559口，平均裝機功率46.28kW， 平 均 單 井 產(chǎn)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(tǒng)效率 31.39%，噸液耗電 4.73kWh。

通過加強節(jié)能精細(xì)管理，加大高效節(jié)能技術(shù)措施應(yīng)用力度，取得了能耗下降、系統(tǒng)效率提升的好效果，有效降低了舉升成本。

1 多功能調(diào)速裝置試驗

抽油機多功能調(diào)速裝置以變頻調(diào)速、單片機測量控制為基礎(chǔ)，通過半導(dǎo)體器件的通斷進(jìn)行變頻調(diào)速，從而實現(xiàn)不停機條件下沖速的連續(xù)調(diào)節(jié)，滿足油井的供排協(xié)調(diào)需求，實現(xiàn)動態(tài)節(jié)能優(yōu)化。

1.1試驗情況及分析

2012年8月在7-P282井進(jìn)行試驗，現(xiàn)場對多種工作狀態(tài)進(jìn)行了測試對比，見表1。

表1 試驗井生產(chǎn)參數(shù)水平情況

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

表2 試驗井測試效果對比

現(xiàn)場對工頻與上快下慢狀態(tài)的示功圖及電流進(jìn)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(diào)速裝置具備以下功能：

1）在線的無級調(diào)速功能，以及功率隨動 （即動態(tài)的跟蹤調(diào)整）功能。

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

3） 可對工況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，檢測設(shè)備運行的平穩(wěn)性，對工況實現(xiàn)桿斷、皮帶斷、過載、欠載等保護(hù)控制功能?，F(xiàn)場安裝見圖1。

圖1 現(xiàn)場安裝圖

2 無級調(diào)速交流伺服電動機拖動系統(tǒng)試驗

2.1技術(shù)原理

無級調(diào)速交流伺服電動機拖動系統(tǒng)，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(gòu)成。

伺服控制器是伺服控制電動機系統(tǒng)的核心。伺服控制器采用數(shù)字信號處理器作為控制核心，可實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，通過位置、速度和力矩三種方式對電動機進(jìn)行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)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(tài)進(jìn)行了能耗參數(shù)的測試，試驗數(shù)據(jù)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(shù)下（沖程、沖速），對比工頻，伺服控制的有功節(jié)電率可達(dá)到14.38%，說明通過伺服內(nèi)置編碼器實現(xiàn)速度、位置、力矩的閉環(huán)控制可有效實現(xiàn)電能的及時響應(yīng)與供給；而上快下慢的沖速設(shè)計有功節(jié)電率可達(dá)到15.8%，說明同一沖程周期內(nèi)進(jìn)行變參數(shù)的設(shè)計同樣具有較好的節(jié)能效果。

2.3功能特點

1） 伺服電動機為低轉(zhuǎn)速大扭矩的交流伺服電動機，可大范圍無級調(diào)速，抽油機可以實現(xiàn)無級調(diào)參。

2） 伺服具備完善的監(jiān)控、保護(hù)功能，以及過電壓、過電流、短路、缺相、超載等保護(hù)功能?？稍诰€調(diào)整上下沖程的速度，有利于提升泵效。

3） 可實現(xiàn)軟起動、軟停，同時系統(tǒng)過載能力強，具有3倍的過載能力。

3 抽油機多功能調(diào)速裝置與伺服試驗對比

1） 多功能調(diào)速裝置、伺服控制系統(tǒng)均是基于變頻調(diào)速、自動響應(yīng)原理的節(jié)能技術(shù)。不但可實現(xiàn)無級調(diào)速控制，而且均可以通過設(shè)計的閉環(huán)控制和快速響應(yīng)特性對電動機轉(zhuǎn)矩的實時調(diào)節(jié)，可以合理地協(xié)調(diào)驅(qū)動裝置的運行狀態(tài)，有效降低系統(tǒng)能耗。

2） 二者相比，多功能調(diào)速裝置屬變頻類，側(cè)重于速度控制，多用于開環(huán)控制，無需編碼器；伺服屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，更側(cè)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(nèi)上快下慢的參數(shù)設(shè)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(tǒng)，實現(xiàn)油井的閉環(huán)控制，智能的自動啟停控制，以及油套壓、示功圖、產(chǎn)量等多參數(shù)的測量記錄與數(shù)據(jù)遠(yuǎn)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(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].電氣技術(shù),2008(6):8.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.003.017

2013-01-08）

張利，2005年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院 （石油工程專業(yè)），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(zé)任公司第三采油廠試驗大隊，163000。