一种智能自动调参的抽油机变频节能电路

吴立伟 王瑜

摘 要：本文首先分析了传统抽油机中存在的问题，然后详细阐述了一种智能自动调参的抽油机变频节能控制系统，对这种电路进行了详细说明，最后全面总结了这种智能自动调参的抽油机变频节能控制系统优点，旨在为抽油机实现节能高效工作提供理论保障。

关键词：智能系统调参；抽油机；变频节能控制系统

中图分类号：TB381 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）17-0129-02

1 传统抽油机中存在的问题

1.1 抽油机设备本身的问题

在我国的石油开采机械设备中，抽油机是比较常用的设备，也是油田的耗电大户，用电量大约占总电量的40%左右，但是其工作效率却比较低。油田抽油机负载是独具特点的时变负载，分为动负载和静负载两种形式，在工作中，一般情况下需要利用抽油机实际负载的3-7倍动力来启动设备，抽油机选配电机的首要条件就是启动力矩，当起动力矩适用则负载功率必然匹配不佳，运行负载功率都远小于电机的额定功率，即所谓“大马拉小车”现象。

1.2 抽油机导致能源浪费

我国的大多数油田都是属于低产量的油田，大部分油井是含油量不高的轻载油井，一旦油田的开采高峰期过去，产油量就会越来越小，而在这种情况下，抽油机仍按初期设计的最大功率长期保持高速连续运转，抽油机并不能根据油井的产油情况实现变频运转、智能间歇运转，这就导致抽油机很多时候在做无用功，导致能源的浪费，大大增加了油田开采的成本，因此需要利用能够自动调参的变频节能控制系统，节约能源，节省电力成本。

1.3 缺乏完善的监测系统作为支撑

抽油机要实现按照油井的产油量大小进行冲次的调节，这就需要严格的油井产液量监测装置，但是在目前情况下，很难实现准确计量抽油井的产液量，因为油井的产液量是一个脉动流，原油粘稠并含有较多的杂质，在冬天很容易凝结成蜡，这就导致计量抽油机产液存在一定的难度，检测结果普遍存在较大的误差，针对变频抽油和智能间歇抽油只需准确掌握抽油井的产液量大小，无需对产液量进行准确计量，从而降低了设备的开发难度和设备投入的成本，产液量监测装置准确的反映出油井的产液情况，抽油机根据产液量大小变频和间歇运转，使抽油机根据负载变化进行电机输出动力的调节，已达到抽油机最优化运行，节约电能。

2 一种智能自动调参抽油机变频节能控制电路

石油开采中常规的节能手段有使用节能电机、改进抽油机节能和变频器调速节能等技术。节能电机一般选用永磁同步电机，成本高；改进抽油机节能一般是调节抽油机的平衡，节能效果有限；变频调速节能是另外一种被石油企业所认可的节能技术，人们提出了采用变频器控制抽油机电机，根据油井产液量的大小和变化量实时调整变频器的运行频率和运行时间，进而使抽油机以最佳冲次运转抽油，合理调整油井的停抽时间，达到最大限度节能的目的的方法。

油井产液量监测的抽油机节能控制电路，其电路由380V三相交流电源的A、B、C三相经过塑壳断路器后，分为变频回路、工频回路；控制电路包括与变频器连接的PLC模块以及与PLC模块相接的人机界面触摸屏和油井产液量监测装置、PLC模块的输入端接有抽油机启动按钮、抽油机停止按钮和抽油机变频/工频模式选择开关、与PLC串口相连的GPRS无线模块和上位机监控软件。本控制电路结构简单，设计合理，实现方便且成本低，工作可靠性高，稳定性好，与根据油井产液量控制抽油机节能相配合的方法能够达到理想的节能效果，实用性强，使用效果好，便于推广使用。图1为抽油机节能控制电路原理图。

原理图标记说明：

1—380V三相交流电源；2—24V开关电源；3—PLC模块；4—人机界面触摸屏；5—油井产液量监测装置；6—变频器；7—抽油机；8—抽油机启动按钮；9—抽油机停止按钮；10—抽油机变频/工频模式选择开关；11—GPRS无线模块；12—上位机监控软件。

节能电路的工作原理：启动之前系统先根据油井产液量状况设定启动频率，一般情况下优质井高速启动，健康井中速启动，低产井低速启动（该装置默认高速、中速、低速启动的初始频率分别为50Hz、40Hz、35Hz）。按下系统运行按钮后，该装置控制抽油机电机开始运转，产液量监测装置负责实时监测抽油机井口產液量，并把油井出油量的值通过RS485通信传给PLC，PLC根据油井出油量的大小以及变化量调整变频器的运行频率，尽可能地使抽油机以最佳冲次运转。该装置可对实时油井出油量的数据进行分析，通过调节变频器的运行频率及其运行时间，合理调整油井的停抽时间，达到最大节能的目的。

以下阐述该装置控制变频器运行的算法模型：该装置先以初始频率f运行1小时（记为时间t），PLC对油量监测装置采集的数据（以下简称数据）进行储存，之后再以初始频率运行1小时（记为时间t1）并储存数据。在此约定PLC处理数据的时间间隔（第一次为t1，后面本别用t2、t3、t4……表示）PLC对t与t1对应的数据进行对比分析，根据分析结果分别处理。

有以下三种基本处理算法：

（1）油井出油量变小，PLC在t2内适当减小变频器的初始频率f（减小后的频率记为f2），若在t3内的出油量小于t2，则PLC在t4内减小变频器的运行频率f2（减小后的频率记为f3），以此类推，若多段连续时间t内油井出油量几乎不变，则当前变频器的运行频率暂时为最佳运行频率（记为fa）。

（2）油井出油量变大，PLC在t2内适当增大变频器的初始频率f（增大后的频率记为f2），若在t3内的出油量大于t2，则PLC在t4内增大变频器的运行频率f2（增大后的频率记为f3），以此类推，若多段连续时间t内油井出油量几乎不变，则当前变频器的运行频率暂时为最佳运行频率（记为fb）。

（3）油井出油量为0，PLC在t2内适当增大变频器的初始频率f（增大后的频率记为f2），若在t3内的出油量仍为0，则变频器逐步减小运行频率f2，且减少下个变频器的运行时间t（该时间与PLC内部预设t4相等），直到PLC计算变频器的运行时间t′为0，则停止变频器运转，第一次停止变频器运转的时间预设0.5小时（记为t0）。若二次启动后油井出油量仍为上述情况，则继续增大变频器停止时间t0。

通过上述三种基本处理办法长时间对油井出油量的产油变化进行量化计算，PLC统计出变频器多段速、合理停抽的最佳運行规律模型。

3 节能电路技术优点

（1）自动调整系统运行参数，无需人工手动调参，减少人工劳动强度，提高抽油效率。

（2）据油井产液量的变化不断调整抽油机电机的输出功率，使其尽可能达到最大的节能效果。

（3）节能电路采用的油量检测装置成本低、精度高、稳定性好，适合批量使用。

（4）能准确的监测油井产液量并反馈给PLC进行数据处理，使整个抽油机装置成为一个完整的闭环系统。

（5）可以扩展抽油机远程上位机监控软件，有利于油田完善自动化无人井场，便于推广。

（6）能够掌握油井产液量的变化规律，方便调整采油计划，预估区域内抽油井总产液量，合理完成产量任务。

4 结语

综上所述，抽油机在石油开采工作中属于比较关键的机械设备，在油田开采中发挥着不可低估的效用，在原先的抽油机中，还存在一些问题，因此这就需要利用现代先进科学技术手段，创造一种智能自动调参的抽油机变频节能控制系统，保障抽油机的自动变频功能，实现抽油机的能源资源节约功能，同时能够实现成本的有效控制，为抽油机高效工作打下坚实的基础。

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