變頻控制器在抽油機(jī)上的應(yīng)用

張群 秦皇島廣播電視大學(xué)

變頻控制器在抽油機(jī)上的應(yīng)用

張群 秦皇島廣播電視大學(xué)

當(dāng)前的抽油機(jī)設(shè)備都是應(yīng)用大規(guī)模的集成電路，零部件的配置相當(dāng)高，但在實(shí)際運(yùn)行中工作效率卻非常低，并且造成資源的浪費(fèi)現(xiàn)象。變頻控制器可以在新興數(shù)模電路中對(duì)輸出/輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，即當(dāng)有不同頻段的信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)，對(duì)信號(hào)的波形進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)石油進(jìn)行大量開采的過(guò)程中，變頻控制器會(huì)把工作電壓調(diào)節(jié)到抽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)效率最高時(shí)的電壓。將變頻控制器應(yīng)用在抽油機(jī)上，抽油機(jī)的功耗明顯減少，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中設(shè)備的安全系數(shù)也提高了很多。

抽油機(jī)；變頻控制器；改造；負(fù)載

我國(guó)油田目前采用的大多是油梁式抽油機(jī)，隨著科技發(fā)展的不斷進(jìn)步，這種樣式的抽油機(jī)逐步將被淘汰。針對(duì)抽油機(jī)的控制方式，將PLC和變頻控制器相結(jié)合，研發(fā)出了高效率、操作靈活、可靠性能高以及具有良好抗干擾能力的抽油設(shè)備，該設(shè)備可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外使用的抽油機(jī)主要以游梁式抽油機(jī)為主，這是油井中最常見(jiàn)的抽油機(jī)。這種抽油機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作復(fù)雜性小，并且故障率低，在石油開采過(guò)程中能夠?yàn)榫碌谋昧ο到y(tǒng)提供動(dòng)力。

根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)油田的采油情況，以大慶油田采油設(shè)備為例，每臺(tái)設(shè)備最大的運(yùn)載功率能達(dá)到45 kW，但是在實(shí)際工作中運(yùn)行功率只能達(dá)到9 kW左右，使抽油機(jī)設(shè)備在實(shí)際工作中的運(yùn)轉(zhuǎn)功率只能占到最大運(yùn)載功率20%，運(yùn)載效率極低。其在電力消耗的總值占到抽油生產(chǎn)總值的35%左右，而電力資源浪費(fèi)能占到電力消耗總值的17%左右，可以說(shuō)電力能源方面的浪費(fèi)幾乎能占到整個(gè)電力系統(tǒng)的一半。隨著科技技術(shù)的不斷進(jìn)步，當(dāng)前的抽油機(jī)設(shè)備都是應(yīng)用大規(guī)模的集成電路，零部件的配置相當(dāng)高，但在實(shí)際運(yùn)行中工作效率卻非常低，并且造成資源的浪費(fèi)現(xiàn)象。

1 變頻控制抽油機(jī)的提出

各油田使用的游梁式抽油機(jī)的弊端逐漸引起了國(guó)內(nèi)石油企業(yè)的高度重視。經(jīng)過(guò)多次研討之后，節(jié)能的首選目標(biāo)主要是從電源部分和終端用戶部分著手。電源部分主要是從變壓器為設(shè)備提供的電壓、電流方面開始，即動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)源的首端。并且注重傳輸線路的損耗以及終端用戶之間的損耗，電源部分主要包括大型工作電動(dòng)機(jī)以及相應(yīng)的大規(guī)模集成電路，對(duì)于一些負(fù)載過(guò)低的元器件要及時(shí)更換，確保設(shè)備在正常工作電壓下以最大效率來(lái)帶動(dòng)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)[1-2]。

對(duì)于設(shè)備改造的方案，石油企業(yè)重點(diǎn)推出采用變頻控制器控制設(shè)備的運(yùn)行，此方案有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：①對(duì)于設(shè)備的功率因數(shù)的提高起著至關(guān)重要的作用；②能夠自動(dòng)控制電路中電壓的起伏變化情況，根據(jù)抽油速度的不同，對(duì)電機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié)有著明顯的作用，避免造成不必要的浪費(fèi)；③能夠在有效時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程、沖次；④降低了設(shè)備的損耗程度，延長(zhǎng)了設(shè)備在工作中的使用年限，提高了抽油機(jī)的工作效率。

2 改造后變頻抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況

2.1 抽油機(jī)設(shè)備的改造過(guò)程

根據(jù)抽油機(jī)設(shè)備采用部件的原理，設(shè)計(jì)了設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖，如圖1所示。主要采用的設(shè)備裝置有提油液化配置器、懸繩、接地開關(guān)、配重起步機(jī)、連桿、變頻控制器、電動(dòng)機(jī)、PLC控制開關(guān)。提油液化配置器的作用是在抽取提煉時(shí)壓縮占地面積，在運(yùn)輸途中通過(guò)石油管道對(duì)石油原液進(jìn)行壓縮，實(shí)現(xiàn)技術(shù)性優(yōu)化。配重起步機(jī)在設(shè)備結(jié)構(gòu)流程中起到的作用主要是減輕石油壓縮鋼瓶提升的重量，在提升的階段先用起重機(jī)對(duì)所提升的貨物進(jìn)行估測(cè)，是否能到達(dá)最大的提升重量。整個(gè)裝置中最關(guān)鍵的是變頻控制器的選用，它對(duì)主體設(shè)備起到一個(gè)自動(dòng)控制功能。變頻控制器可以在新興數(shù)模電路中對(duì)輸出/輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，即當(dāng)有不同頻段的信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)，對(duì)信號(hào)的波形進(jìn)行調(diào)節(jié)。變頻控制器對(duì)電壓、電流的調(diào)節(jié)，始終貫徹節(jié)能環(huán)保的思想，由變頻控制的抽油機(jī)在石油抽取過(guò)程中，根據(jù)抽取石油的不同流速，來(lái)調(diào)節(jié)電流、電壓的分配情況。對(duì)石油進(jìn)行大量開采過(guò)程中，變頻控制器會(huì)把工作電壓調(diào)節(jié)到抽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)效率最高時(shí)的電壓，使其電壓能夠得到充分利用。當(dāng)在采油過(guò)程中有相對(duì)“量”的變化時(shí)，會(huì)根據(jù)原液的流速來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)備工作的運(yùn)行功率，進(jìn)而對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)快慢程度的變化做進(jìn)一步的調(diào)節(jié)。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)原理

2.2 改造后變頻抽油機(jī)的運(yùn)行分析

改造后的變頻抽油機(jī)應(yīng)用到正常的抽油工作中，在抽油桿上升和下降階段需要有不同程度的變速層次。抽油機(jī)在提升到達(dá)地面以后，便要再次進(jìn)行地下深層的抽油運(yùn)作，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序中，加裝了4個(gè)變頻開關(guān)，即P1001、P1002、P1003、P1004。其中P1001和P1002為提升高低速運(yùn)轉(zhuǎn)開關(guān)，P1003和P1004為軸桿轉(zhuǎn)向開關(guān)。抽油機(jī)在抽取石油原液上升過(guò)程中，起始為低速上升階段，但是每隔2 s便會(huì)有1 m/s的加速階段。在提升過(guò)程中接近P1001變頻開關(guān)時(shí)，始終保持抽油機(jī)在加速階段，直到加速到P1002開關(guān)的位置處，便會(huì)停止加速，保持勻速階段上行，直到到達(dá)地表把抽到的原油運(yùn)轉(zhuǎn)到固定的壓縮鋼瓶?jī)?nèi)。此操作過(guò)程為提升階段，后期由高低速運(yùn)行開關(guān)、轉(zhuǎn)向軸桿轉(zhuǎn)向開關(guān)促進(jìn)提升階段進(jìn)一步向下降階段轉(zhuǎn)化。當(dāng)P1002開關(guān)轉(zhuǎn)向P1003開關(guān)時(shí)，預(yù)示著有提升逐步向下降轉(zhuǎn)化。最后由P1003開關(guān)向P1004開關(guān)轉(zhuǎn)化，即周期循環(huán)操作流程完畢。在此運(yùn)行流程中沒(méi)有任何故障性的失誤，簡(jiǎn)化了操作工序的流程。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)抽油機(jī)的控制方式，將PLC和變頻控制器相結(jié)合，研發(fā)出了高效率、操作靈活、可靠性能高以及具有良好抗干擾能力的抽油設(shè)備，該設(shè)備可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。

將變頻控制器應(yīng)用在抽油機(jī)上，抽油機(jī)的功耗明顯減少，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中設(shè)備的安全系數(shù)也提高了很多。針對(duì)于PLC變頻控制器研究應(yīng)用不只是用在石油工業(yè)中，在其他各個(gè)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，其主要作用是節(jié)能環(huán)保，相信變頻控制的抽油機(jī)會(huì)給石油行業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陳普華，梁少梅/變頻器在抽油機(jī)上應(yīng)用的若干問(wèn)題探討[J]．電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2005，26（12）：14-18.

[2]王林，王新云，楊衛(wèi)平，等．BJK節(jié)能控制裝置在油田機(jī)械采油中的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2002，21（13）：23-25.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.036