摘要：本文主要介紹了新科瑞C500 在某油田第二代數(shù)字化抽油機(jī)上的應(yīng)用，數(shù)字化抽油機(jī)在數(shù)字化油田建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用，其控制性能可靠，節(jié)能效率高。數(shù)字化抽油機(jī)的控制包括手動(dòng)/自動(dòng)切換控制，RTU 控制系統(tǒng)與 C500 系列變頻器工變頻切換系統(tǒng)共同構(gòu)成數(shù)字化抽油機(jī)的核心控制系統(tǒng)，本文以其中一例 15KW 的 C500 變頻器為例分析其應(yīng)用，并對(duì) C500 系列變頻器在抽油機(jī)上的應(yīng)用提供推廣的方案。

　　關(guān)鍵詞：抽油機(jī) 變頻器 RTU

　? ? 一、引言

　　目前隨著我國大部分油田原油含水率的不斷增加，油田用抽油機(jī)普遍存在著低效、高能耗的問題。為解決這一問題，不少油田采用了電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，由調(diào)整抽油機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速取代機(jī)械沖次調(diào)節(jié)，取得了很好的節(jié)能效果。在油田井場(chǎng)站數(shù)字化建設(shè)流程中， 要求井場(chǎng)抽油機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)都要傳入上一級(jí)的增壓點(diǎn)監(jiān)控室，而且要求在增壓點(diǎn)控制室遠(yuǎn)程操作抽油機(jī)，電機(jī)的控制就顯得尤為重要，新科瑞 C500 變頻器不僅滿足油田數(shù)字化建設(shè)的要求而且有很大的節(jié)能空間。

　　二、數(shù)字化抽油機(jī)應(yīng)用分析

　? ?油田普遍采用有桿抽油方式，而所用的磕頭機(jī)普遍存在效率低、能耗大等情況。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，采油井的供液能力隨時(shí)都有變化，需要對(duì)抽油系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行及時(shí)而合理的調(diào)整，其中抽油機(jī)沖次的調(diào)節(jié)尤為重要。一般通過更換電機(jī)皮帶輪調(diào)節(jié)沖次，抽油機(jī)沖次只有三檔，分別為，5、3.5、2.5min-1。某油田為超低滲透油藏，為保證采油系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)，需要使用低于 2.5min-1 的沖次采油，而現(xiàn)有沖次調(diào)節(jié)不能任意調(diào)節(jié)，難于使采油系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)，造成泵效普遍降低，能耗。

　　為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化智能高效抽油和節(jié)約電能，第二代數(shù)字化抽油機(jī)方案應(yīng)運(yùn)而生， 其系統(tǒng)主要由彎梁變矩抽油機(jī)、變頻控制柜、電動(dòng)機(jī)、傳感器、通訊和監(jiān)控中心六部分組成。傳感器采集抽油系統(tǒng)地面功圖，為變頻調(diào)速提供依據(jù)，變頻控制柜提供調(diào)速需要的變頻電源， 電動(dòng)機(jī)接入變頻電源驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)按需要的沖次運(yùn)轉(zhuǎn)，通訊模塊將采集到的數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制啟停機(jī)和調(diào)速。第二代數(shù)字化抽油機(jī)的整體方案示意圖如下所示。

　　井場(chǎng)提供 380V/50HZ 輸入交流電源，根據(jù)油井負(fù)荷不同，油田各井場(chǎng)的抽油機(jī)配備的電動(dòng)機(jī)功率也有所不同，從 11KW 到 45KW 不等，這就使得各站點(diǎn)要求的變頻裝置將有柜體尺寸和變頻器型號(hào)的區(qū)別。但不論如何，新科瑞 C500 通用系列變頻器可滿足其要求， 本文以 11KW 抽油機(jī)為例分析，下圖為彎梁變矩式抽油機(jī)。

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　　三、數(shù)字化抽油機(jī)選擇變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)

　　以往的抽油機(jī)通常只有工頻配電，電機(jī)一直以工頻運(yùn)行，而數(shù)字化抽油機(jī)配備了變頻調(diào)速，這是因?yàn)樽冾l調(diào)速具有諸多優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　(1) 可以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的無極調(diào)速，這是變頻調(diào)速在抽油機(jī)上最重要的優(yōu)點(diǎn)。由于某油田為超低滲透油藏，抽油機(jī)如果一直在工頻運(yùn)行將使裝備效率大大降低，能耗相應(yīng)也會(huì)很高， 一般來說抽油機(jī)運(yùn)行在工頻以下。

　　(2) 大大提高了功率因數(shù)(可由原來的 0.25～0.5 提高到 0.9 以上)，大大減小了供電(視在)電流，從而減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān)，降低了線損，可省去大量的“增容”開支，引入變頻控制，可以大大減小抽油機(jī)工作過程對(duì)電網(wǎng)的影響。

　　(3) 可以節(jié)約寶貴的電能。一方面，油田抽油機(jī)為克服大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，采用的電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際所需功率，工作時(shí)電動(dòng)機(jī)利用率一般為 20%～30%，最高不會(huì)超過 50%，電動(dòng)機(jī)常處于輕載狀態(tài)，造成資源浪費(fèi)。另一方面，抽油機(jī)工作情況的連續(xù)變化，取決于地底下的狀態(tài)，若始終處于工頻運(yùn)行，也會(huì)造成電能浪費(fèi)。為了節(jié)能，提高電動(dòng)機(jī)工作效率，需采用變頻調(diào)速。

　　(4) 由于實(shí)現(xiàn)了真正的“軟起動(dòng)”，對(duì)電動(dòng)機(jī)、變速箱、抽油機(jī)都避免了過大的機(jī)械沖擊， 大大延長了設(shè)備的使用壽命，減少了停產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

　　(5) 保護(hù)功能強(qiáng)大，適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)。變頻器一般保護(hù)功能全面，具有過壓，過流，短路，過載，缺相保護(hù)等等，可以防止電網(wǎng)突變對(duì)電機(jī)的損害，在網(wǎng)側(cè)電源故障時(shí)有效的保護(hù)變頻器和電機(jī)，在電機(jī)負(fù)載發(fā)生故障時(shí)也可以有效的防止故障擴(kuò)散至電網(wǎng)，也可以最大限度的保護(hù)電機(jī)。電壓工作范圍寬，電網(wǎng)電壓在-15%～+15%之間波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)均可正常運(yùn)行。

　　(6) 使用變頻調(diào)速裝置可以提高自動(dòng)化水平，為實(shí)現(xiàn)油田數(shù)字化建設(shè)提供了底層解決方案 。高度的自動(dòng)化水平可以提高生產(chǎn)效率、降低作業(yè)強(qiáng)度、規(guī)范裝備控制管理。

　　四、變頻控制柜設(shè)計(jì)方案

　　試驗(yàn)用抽油機(jī)型號(hào)為CYJW10-3-37HY，其電機(jī)參數(shù)如下所示：

　　由以上電機(jī)參數(shù)為參考，可選配 C500-11G-4T 變頻器。由于變頻柜體空間較小，所以選用安裝方便的制動(dòng)電阻，其大小為 34Ω/3000W。所用變頻控制其主電路如下：

　　啟動(dòng)按鈕 停止按鈕

　　工變頻切換開

　　故障復(fù)位按鈕

　　手自動(dòng)選擇 頻率給定調(diào)節(jié)

　　由此可以看出，數(shù)字化抽油機(jī)采用的是工變頻切換的控制方式。事實(shí)上，抽油機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)使用變頻方式，如果變頻器發(fā)生故障，為了使抽油機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，由變頻柜繼電控制回路將抽油機(jī)自動(dòng)切換至工頻運(yùn)行。

　　抽油機(jī)的控制方式有手動(dòng)/自動(dòng)/鎖定，手動(dòng)控制在變頻柜門板上進(jìn)行操作，相應(yīng)的變頻器控制方案是端子控制方式，自動(dòng)控制相應(yīng)的為變頻器 RS485 通訊控制，鎖定為不允許頻率調(diào)節(jié)。變頻控制柜門操作界面如上圖所示。

　　為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，變頻器的 RS485 與 RTU 控制單元的通訊接口相連，RTU 無線發(fā)射與增壓點(diǎn)進(jìn)行通訊，在增壓點(diǎn)監(jiān)控室便是通過這種方式遠(yuǎn)程控制變頻器的。當(dāng)然，RTU 還采集工變頻電路和油井的其他信號(hào)。

　　新科瑞C500 變頻器為數(shù)字化的底層執(zhí)行提供了強(qiáng)有力的解決方案，其控制 I/O 電路和對(duì)應(yīng)的主要參數(shù)設(shè)置如下所示。參數(shù)版本為 V4.8。

? ? ? ?五、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及應(yīng)用效果分析

　　按照數(shù)字化建設(shè)的要求安裝井場(chǎng)變頻控制柜，按標(biāo)準(zhǔn)程序檢查好柜內(nèi)外接線，對(duì)變頻控制柜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)啟停、調(diào)速、遠(yuǎn)程控制試驗(yàn)等，C500 通用型變頻器都能出色的完成試驗(yàn)任務(wù)。由于抽油機(jī)的工況特殊，長期處于制動(dòng)狀態(tài)，所以有必要對(duì)抽油作長期運(yùn)行測(cè)試，以測(cè)試變頻器及電動(dòng)機(jī)的狀況。對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行了為期 2 天的連續(xù)帶載運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，結(jié)果表明新科瑞 C500 變頻器完全滿足油田惡劣的工況要求，以下是測(cè)得的數(shù)據(jù)：

　　由上表可以看出，由于負(fù)載基本不變，隨著頻率的降低，輸出電壓減小，電動(dòng)機(jī)功耗將明顯降低，這也說明對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速將有很大的節(jié)能空間。

? ? ? 抽油機(jī)在某油田井場(chǎng)長時(shí)間運(yùn)行取得了很好的穩(wěn)定性，自調(diào)試上井后，變頻器平均故障時(shí)間為 0，在保證單井產(chǎn)液量不變的情況下取得了非常好的節(jié)能效果，以下是油田某井場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：

　　六、結(jié)束語

　　新科瑞C500 系列通用型變頻器以其優(yōu)越的性能在油田的數(shù)字化底層建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，在井場(chǎng)長時(shí)間的運(yùn)行受到一線員工的好評(píng)，由它帶來的無級(jí)調(diào)速大大降低了現(xiàn)場(chǎng)沖次調(diào)節(jié)的作業(yè)強(qiáng)度和時(shí)間。C500 變頻器不僅是第二代數(shù)字化抽油機(jī)智能控制的核心組成部分， 而且節(jié)約了電能，特別是對(duì)于超低滲透油藏節(jié)能效果更加明顯。目前，隨著數(shù)字化抽油機(jī)在油田的推廣，新科瑞通用型變頻器必將以其極高的可靠性和強(qiáng)大的功能在抽油機(jī)的控制中發(fā)揮越來越重要的作用。

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