七喜HD700变频器在油田抽油机上的应用

2016年01月20日

　　1、抽油机概述

　　目前国内最常用的抽油机种类有游梁式抽油机、塔架式抽油机和螺杆泵式抽油机三种，其中游梁式抽油机俗称“磕头机”，通过加压的办法使石油出井，作为一种简单、高效、操作方便的抽油设备，在各种含砂、含气、含水原油的开采中得到了广泛的应用。

　　游梁式抽油机主要由驴头—游梁—连杆—曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装备等四大部分组成。工作时，电动机的传动经变速箱、曲柄连杆机构变成驴头的上下运动，驴头经光杆、抽油杆带动井下抽油泵的柱塞作上下运动，从而不断地把井中的原油抽出井筒。如下图：

　　1.1油泵的抽汲原理

　　抽油机抽油原理较为简单，类似农村压水井。

　　1)上冲程

　　抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力而关闭。泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开。泵内吸入液体、井口排出液体。

　　泵吸入的条件：泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。

　　2)下冲程

　　柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。

　　泵排出的条件：泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。

　　1.2、工作特性

　　当磕头机工作时，驴头悬点上作用的载荷是变化的。上冲程时，驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱，在抽油机未进行平衡的条件下，电动机就要付出很大的能量。在下冲程时，抽油机杆柱转而对电动机做功，使电动机处于发电机的运行状态。因此在抽油机未进行平衡时，上、下冲程的负载极度不均匀，这样将严重地影响抽油机的四连杆机构、减速箱和电动机的效率和寿命，恶化抽油杆的工作条件，增加它的断裂次数。为消除这些缺点，一般在抽油机的游梁尾部或曲柄上或两处都加上平衡重。这样一来，在悬点下冲程时，要把平衡重从低处抬到高处，增加平衡重的位能。上冲程时，平衡重由高处下落，把下冲程时储存的位能释放出来，帮助电动机提升抽油杆和液柱，减少了电动机在上冲程时所需给出的能量。采用加平衡配重的工作方式，在抽油机的一个工作循环中，有两个电动机运行状态和两个发电机运行状态。当平衡配重调节较好时，其发电机运行状态的时间和产生的能量都较小。

　　另一方面是冲击电流问题，游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构，其整机结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。对于支架来说，如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致，那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。在平衡率为100%时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，则需要电动机提供的动力越大。因为抽油载荷是每时每刻都在变化的，而平衡配重不可能和抽油载荷作完全一致的变化，使得游梁式抽油机的节能技术变得十分复杂。因此，可以说游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术。

　　除上述两方面问题外，油田采油的特殊地理环境决定了采油设备有其独特的运行特点：在油井开采前期储油量大、供液足，为提高功效可采用工频运行，保证较高产油量;在中后期，由于石油储量减少，易造成供液不足，电动机若仍工频运行，势必浪费电能，造成不必要损耗，这时须考虑实际工作情况，适当降低电动机转速，减少冲程，有效提高充盈率。

　　2、变频游梁式抽油机上的优势

　　游梁式抽油机加装变频器后主要有以下3个方面优势：

　　(1) 大幅度提高了功率因数(可由原来的0.25～0.5提高到0.9以上)，减小了供电(视在)电流，从而减轻了电网及变压器的负担，降低了线损，可省去大量的“增容”开支，这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合，为避免电网质量的下降，需引入变频控制，其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。

　　(2) 实现节能：一方面可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度，达到节能目的，同时还可以增加原油产量。

　　(3) 由于实现了真正的“软起动”，对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击，大大延长了设备的使用寿命。降低成本，提高生产效率。

　　3、七喜HD700变频器方案

　　3.1、方案组成

　　正常情况下由HD700变频器控制电机运行，当变频器出现故障停机时，变频器结合控制柜电气结构会自动将控制状态从变频切为工频，保证抽油机不停机。同时，在抽油机下行冲程时，变频器结合外部制动电阻，将回生能量合理释放。

　　HD700变频器与数据采集远传器通讯连接，将电机的运行工况、电流、转矩等数据远传到中控室内。

　　3.2、端子接线图