功率隨動數控拖動裝置應用與評價

李立強（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

功率隨動數控拖動裝置應用與評價

李立強（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

功率隨動數控拖動裝置應用在游梁式抽油機上，能夠達到較好的節能和改善深井泵工作狀態的目的，但應用過程中仍然存在一定的問題。結合該裝置的技術特點及現場應用情況，針對裝置的運行特性、應用效果進行了詳細的分析，為變頻控制技術在油田上的進一步推廣提供參考。

功率隨動節電示功圖泵況

引言

功率隨動數控拖動裝置屬于一種變頻控制技術，應用于常規游梁式抽油機上。該裝置[1]主要由多功能中央控制器（MCU）、電動機隨動驅動器和傳感器3部分組成。多功能中央控制器是將計算機的CPU、RAM、ROM、定時計數器和多種I/O接口集成在一起而形成的芯片級計算機。主要具有對抽油機系統運行過程中的數據狀態采集、分析、優化以及指令的下達等功能。電動機隨動驅動器具有變頻功能，它是根據MCU下達的指令，自動調整輸出給電動機的頻率，達到控制電動機旋轉速度的目的。

傳感器由電動機軸旋轉運動傳感器和下死點位置傳感器組成。電動機軸旋轉運動傳感器（圖1）用于對電動機軸的角位移和角速度等狀態數據進行實時監控，并將監控數據傳送給計算功能單元，導出抽油機曲柄與光桿的位置坐標；下死點位置傳感器（圖2）用于監測抽油機運行過程中的每一沖程周期內的起始信號。

圖1 電動機軸旋轉運動傳感器

圖2 下死點位置傳感器

1 設計思路

為了保證對電動機輸出功率和輸出扭矩的實時跟蹤調整，功率隨動數控拖動裝置是根據抽油機負荷變化的周期性特點，對抽油機上一沖程周期內電動機的輸出功率和輸出扭矩的分布情況進行實時監測，將監測結果作為抽油機下一沖程周期的預期性參考值；并根據參考值制定出抽油機下一沖程周期內電動機的轉速變化曲線。由于抽油機井在實際生產過程中可能出現負荷突變的情況，此時，如果嚴格按照參考值執行，并不符合抽油機下一沖程周期內的實際工況需求。因此，預設的電動機速度不能是強制性的，必須在一定范圍內具有自動調整的能力。同時，考慮到抽油機在運行過程中，由于曲柄的旋轉速度決定著懸點的直線運動速度，懸點直線運動速度的變化，又直接決定桿柱的強度負荷與疲勞負荷，以及井下抽油泵的綜合運行效果。因此，通過逆向推導，可以導出懸點直線運動速度的分布需求，進而導出電動機轉速控制的邊界條件和優化方向[2]。

該技術能夠通過優化調整電動機轉速，實現電動機的低轉速高功率、高轉速低功率運行，從而降低電動機的輸出功率峰值和波動范圍，使電動機的運行軌跡和抽油機的運行狀態更加合理，最終達到降低抽油機井舉升能耗，改善深井泵工作狀態，提高抽油機井系統效率的目的。

2 應用效果

2011年，在大慶油田第七采油廠敖包塔及敖南區塊現場應用50口井，型號均為15 kW，平均單井日產液2.9 t，日產油1.8 t，綜合含水36.0%，沉沒度219.3 m。

2.1能耗效果分析

跟蹤對比電參數31口井，平均單井有功功率下降0.808 kW，有功節電率20.84%，日節電19.397 kWh；無功功率下降14.762 kvar，無功節電率87.01%，綜合節電率28.52%；功率因數由0.229提高到0.810，負功由0.404 kW降為0（表1）。

表1 電參數效果對比

測試中，發現1#井多次測試均為費電狀態，平均有功功率上升0.87 kW，日費電20.86 kWh（表2）。

表2 1#井電參數測試情況對比

圖3為該井常態（上圖）和（下圖）節態下，測試一個沖程周期內的功率變化曲線。該井常態下，電動機在上沖程即將結束時出現負功狀態，此時抽油機平衡塊帶動電動機旋轉；節態下，電動機的負功狀態消除，功率隨動數控拖動裝置已起到一定的作用。但是該井的功率變化曲線波動不大，基本上成一條直線，說明該井電動機旋轉磁場的轉速與轉子的轉速相比，提高幅度過大，沒有很好地利用平衡塊的慣性作用，使電動機始終處于做功狀態，從而導致該井節態下出現費電現象。

圖3 1#井常態和節態下功率變化曲線對比

2.2功況效果分析

以2#井為例：該井常態下，理論排量為6.6 t/d，日產液3.11 t，泵效47%；節態下，理論排量為5.85 t/d，日產液2.4 t，泵效41%。節態下，示功圖的形狀雖然趨于飽滿，但是該井的理論排量、日產液和泵效等參數，與常態下相比均有不同程度的下降（圖4）。

以3#井為例：該井常態下，理論排量為29.3 t/d，日產液3.11 t，泵效11%；節態下，理論排量為25.9 t/d，日產液2.4 t，泵效9%。節態下，該井的理論排量、日產液和泵效等參數與常態下相比均有不同程度的下降，如圖5所示，下沖程時桿柱的振動幅度有所增大。

將測試的生產數據和示功圖圖形進行對比后發現，功率隨動數控拖動裝置應用后，雖然可以通過改變抽油機在一個沖程周期內的上下行程的速度，對井下工況有所改變，但是并不是所有井都達到了預期的效果，深井泵的效率也有降低的情況。筆者認為，可能是由于功率隨動數控拖動裝置安裝時，利用安裝前測試的生產數據而設定的運行參數不能夠完全符合井況的變化規律；同時部分井存在泵漏失、氣影響等問題，導致抽油機在運行過程中達不到功率隨動數控拖動裝置的理想運行條件，使得部分井的泵況反而變差。

圖4 2#井常態和節態下測試示功圖

圖5 3#井常態和節態下測試示功圖

3 結論與認識

從技術特點和現場應用效果分析情況看，功率隨動數控拖動裝置是一種高性能變頻調速系統，能夠自動匹配電動機的輸出功率大小，降低電動機的功率損耗，消除電動機的負功狀態；同時通過改變抽油機一個沖程周期內上、下行程的運行速度，來改變深井泵的工作狀態。但是現場應用過程中，功率隨動數控拖動裝置安裝后和需要調參時，必須在控制器內輸入油井的生產參數，并對控制器的運行參數進行設定，這樣才能保證設備的運行效果。

[1]汝友林.抽油機井恒功率控制柔性運行技術應用效果分析[J].石油石化節能,2013(12):7-10.

[2]孫曉麗.功率隨動數控拖動裝置的應用效果分析[J].石油石化節能,2012(11):15-18.

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.010.011

2014-04-24）

李立強，2011年畢業于東北石油大學，從事采油工程技術研究與管理工作，E-mail：esponsibility@sina.com，地址：黑龍江省大慶市大同區第七采油廠工程技術大隊，163517。