基于变频技术的新型抽油机控制系统

魏辉 河南机电高等专科学校

目前我国油田开采普遍采用的是游梁式抽油机，但这种抽油机将逐步被淘汰。基于抽油机的控制方式，采用PLC和变频控制器相结合的原理，制造出了高效率、操作灵活、可靠性能高以及具有良好抗干扰能力的新型抽油井，其在短时间内达到最佳工作状态，为原油开采提供保障。

游梁式抽油机处于静止状态时所负载的功率比较大，一般为工作状态的3~4倍，为了确保抽油机能够在正常状态下工作，抽油机所负载的功率和变压器的容量几乎都已经达到了最大值。就目前情况看，确实能够在有效的时间内使抽油机达到所需的工作电压，但是工作效率以及正常运转系数都有明显的降低[1]。其主要原因在于抽油机本身电容量比较大，在实际应用中，用到工作中的电流只占到电容量的30%左右，电机功率以及正常运转系数的降低，使得对电网传输功率不断增加，导致电流在传输线路上的损耗也逐渐上升，对传输电流的质量也会有不同程度的影响。归根到底，传统抽油机实际上是一个高耗能装置。

1 变频控制抽油机的提出

各个油田在采油设备上都使用了游梁式抽油机，但是此设备的功耗大，负载效率低，且相应的安全系数也已经到了最低限度。原油每天的开采量随着工业不断的发展而不断增加，设备的普及量也与日俱增，如何才能保证设备高效节能的工作，成为石油企业生产研究的热点。

电源部分节能主要是从变压器为设备提供的电压、电流开始，即动力系统来源的首端，并且要注重传输线路的损耗以及到终端用户之间的损耗[2]。

对于抽油机改造，石油企业重点推出使用变频控制器等控制设备的方案，此方案的推出有以下几点优势：①对于设备的功率因数的提高具有至关重要的作用；②能够自动控制电路中电压的起伏变化情况，根据抽油速度的不同，对电机功率因数进行调节；③根据流体的不同，变换气缸内的活塞压缩空气的频率；④降低了设备的损耗程度，延长了设备的使用年限，提高了抽油机的工作效率。

2 抽油机的改造过程

原油在地表深处开采出来后，通过石油管道运输过程中，需要对原油进行压缩，一般的压缩钢瓶难以承受原油气高强度的压力，为此采用了液化配置器。该装置可以根于不同浓度的原油进行配比压缩，最后缩化到钢瓶内。整个装置中最关键的部分就是变频控制器的选用，以对主体设备起到一个自动控制功能，即当有不同频段的信号经过时，对信号的波形进行调节[3]。

变频控制器对电压、电流的调节过程，始终贯彻节能环保的思想。变频控制的抽油机在原油抽取过程中，会根据抽取原油的不同流速，来调节电流电压的分配情况。当进行大量的原油开采时，变频控制器会把工作电压调节到抽油机正常运转效率最高时的电压，使其电压能够得到充分利用。当在采油过程中有相对“量”的变化时，会根据原油的流速来调节设备工作的运行功率，进而对电机的驱动快慢程度做进一步的调节。

3 改造后变频抽油机的运行

改造后的变频抽油机应用到正常的原油开采工作中，在抽油机上升和下降阶段需要有不同程度的变速层次[4-5]。抽油机在提升到达地面以后，还要再次进行地下深层的抽油动作，在系统设计程序中，加装了4个变频开关，即P1001、P1002、P1003、P1004，图1为经过改造后的设计结构原理图。

图1 改造后的抽油机结构

其中P1001和P1002为提升高低速运转开关，P1003、P1004为轴杆转向开关。抽油机在抽取原油上升过程中，起始为低速上升阶段，但是每隔2 s便会有1m/s的加速阶段，在提升过程中接近P1001变频开关时，始终保持抽油机在加速阶段，直到加速到P1002开关的位置处，便会停止加速，保持匀速阶段上行，直到到达地表把抽到的原油运至固定的压缩钢瓶内，此操作过程为提升阶段。在此运行流程中没有任何故障性的失误，简化了操作工序的流程。

通过对抽油机上变频控制器的改造，使得该设备与传统设备相比较在功耗上有了明显的减少，并且在运转过程中设备的安全系数也提高了很多。

[1]陈普华，梁少梅．变频器在抽油机上应用的若干问题探讨[J]．电气传动自动化，2005，26（12）；14-18.

[2]王林，王新云，杨卫平，等．BJK节能控制装置在油田机械采油中的应用[J]．油气田地面工程，2002，21（3）：23-25.

[3]刘复玉，张智芳，孙洪涛．智能抽油机节能控制器的研制[J]．山东理工大学学报：自然科学版，2003（4）：101-103.

[4]周封，胡洋，孙志刚．抽油机节能方法与变频技术合理应用研究[J]．节能技术，2010（3）：218-221.

[5]孙伟．输油泵机组高压变频调速节能技术[J]．油气田地面工程，2009，28（7）：51-52.