油田抽油機節能器的設計淺談

摘要：油田抽油機節能器的設計在很大程度上為油田的采油提供了方便，解決在油田采油的過程中采油機空抽、低效等不良狀況，達到很好的節約電能、降低采油機機械磨損、延長采油機械設備的使用壽命目標。本文就油田采油機節能器的設計問題進行簡單的分析探討。

關鍵詞：油田抽油機 節能器 設計

中圖分類號：TB1文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）08（c）-0110-01

抽油機是油田中的主要生產設備之一，相對而言對于低滲透率油田，油位的形成較慢，大多數抽油機在很長時間之內都是在空轉，不但浪費掉大量的電能資源，還會造成磨損抽油機，降低油田抽油機的使用壽命。抽油機節能器的設計是根據油田井下油位的高低對抽油機的工作情況進行控制，若是油井下的油位上升到特定位置，抽油機就會自動進行抽油；若是油位較低的話，抽油機就會自動停止抽油。油田抽油機節能器可以在很大程度上減小抽油機的空轉時間，節約不少電力資源。

1 抽油機的節能原理與系統

油田抽油機是靠抽油桿的上下運動來將原油抽汲到地面的鋝網中的，抽油機的向下沖程提起油柱時不需要動力就能夠自行下落，而向上沖程時所需要的功率較大。平衡塊是為了使負荷均勻，大多數情況下使用抽油機配有某種平衡機構。電機的主要損耗是銅耗和鐵耗，大概占總損耗的86%，是決定抽油機電動機效率的重要原因。就一般情況而言，機械損耗和雜散損耗不會隨著抽油機的負載變化而變化，但是定子銅損和轉子銅損是隨著負載的變化而進行變化的。抽油機節能器的系統基本設計要求是能夠通過微處理器對有油無油進行判斷，控制抽油機的啟動與停止，并記錄抽油機啟動與停止的時間，采用智能優化算法優化抽油機抽、停時間間隔，以便于抽油機能夠擁有最好的運行周期，還具有多項例如報警、保護、通信的功能。

2 油田抽油機節能器的設計

（1）硬件設計

所謂的抽油機節能器是指以單片機為核心的測控設備，主要實現參數測量、油位計算、實時數據存儲和抽油機控制。抽油機節能器的系統有：溫度測量模塊、油位測量模塊、單片機控制模塊、油位顯示模塊、抽油機驅動控制模塊以及數據存儲模塊由六個模塊組成的。抽油機節能調節器是通過電子線路控制固態繼電器進行斬波調壓。控制固態繼電器導通，在滿載時固態繼電器完全導通時是全壓運行。單片機控制模塊的主要功能是接收采集的數據參數，對數據進行具體的計算，對抽油機進行實時控制，是整個設計系統的核心。為降低和避免因環境溫度而帶來的測量偏差，首先檢測環境溫度，然后通過計算消除偏差。油位數據的存儲不僅用于分析本油井的油位變化情況，還用于分析所在區塊的油位變化，作為油井堵水、調剖選井決策依據，給提高油井采收率提供了參考。過零檢測模塊用比較器娩測電量傳感器送來的信號，發出脈沖送給信號調理模塊，信號調理模塊對脈沖進行整形、濾波，最后送到電子控制器參與控制。電流傳感器和電壓傳感器把測得的電流值和電壓值信號進行整形、濾波、放大，送到電子控制器用于檢測功率因數。

如圖1：系統結構框圖。

（2）抽油機節能器的軟件設計

油田抽油機節能器的系統軟件是配合硬件設計實現數據的處理和應用，根據抽油機節能器硬件系統設計的結構進行設計的。抽油機節能器的軟件設計必須做到：將信號控制在抽油機節能器的系統硬件中，在系統軟件中，需要完成發射脈沖信號、溫度測試、輸出顯示及抽油機的工作狀態控制；為提高抽油機的精準度，油位數據采用單精度形式進行存放，由于油位形成比較緩慢，采集的數據因為形成油位的速度較慢，要求一分鐘左右進行一次存放，信號處理再根據傳感器安裝的位置就能夠確定油位的高低。S=0.5×V×T為超聲波發射到接收之間的時間與實際的距離值之間的轉換公式，S是超聲波傳感器距油位的距離，T是發射信號到接收之間經歷的時間，V為超聲波在空氣中傳播的速度。

3 抽油機節能產品的節能效果

在油田生產時，使用很多的節能型電機有稀土永磁同步電動機、低轉速電動機等等。稀土永磁同步電動機是一種同步電動機，是當下抽油機節能產品中應用效果較好的節能產品之一，結構上與異步電動機非常相似，在系統上與普通同步電動機一樣，都需要勵磁調節系統，不需要普通同步電動機的勵磁線圈和集電環。稀土永磁同步電動機能夠在任何運用場合中代替異步電動機和同步電動機，例如在交流變頻調速系統運用過程中，稀土永磁同步電動機比異步電動機調速系統的性能表現的會更加的優越。稀土永磁同步電機具有重量輕、體積小、效率高、結構簡單、運行穩定、功率因數高、性能優良以及維護簡單等等很多優點，能夠在很大程度上降低啟動電流，提高電機功率因數，能耗降低較多，能夠解決高溫脫磁和短時間脫磁問題，稀土永磁同步電動機應用發展空間將會很大。低轉速電機可以通過降低電機的轉動速度而改變抽油機的沖次，從而降低抽油機容積的損失，改善泵充滿程度，提高泵效。抽油機運轉性能在低轉速電機的運用下可以得到很大的改善，在很大程度上減少動載荷，減少桿管摩損的次數并提高了使用年限，改善管桿的受力狀態，提高節能產品的可靠性和使用壽命。低轉速電機應繼續研究電機啟動問題，降低配備電機的額定功率，進而減小電機空載損耗和負載損耗。

4 結語

抽油機節能調節器根據油田抽油機的工作特點進行的具有針對性的設計，可以節約20%之上的能源，調節器與電動機電氣控制是基本分開的，安全性及可靠性得到很大的提高。抽油機節能器的設計是具有非常重要的意義的，在將來的油田生產過程中，應用抽油機節能產品的機會將會越來越多，抽油機節能器的影響力度也會不斷的得到擴大。

參考文獻

[1]王海軍，秦昀亮，劉國振.長慶油田抽油機節能產品應用分析[J].節能技術，2010，28（2）：190-192.

[2]楊敬源，張曉光.抽油機節能發展趨勢的探索[J].科技創新導報，2008（27）：110-112.

[3]宋彩利，康磊.油田抽油機節能器的設計與實現[J].制造業自動化，2009，31（9）：154-156.