摘要：近幾年隨著長(zhǎng)慶油田原油產(chǎn)量的不斷提高，生產(chǎn)耗電越來越大，電費(fèi)支出已占原油生產(chǎn)成本的25%-30%。如何節(jié)能，已是原油生產(chǎn)企業(yè)不得不考慮的一項(xiàng)重要的降低生產(chǎn)成本的指標(biāo)。本文介紹了抽油機(jī)智能DTC（直接轉(zhuǎn)矩控制）節(jié)電裝置控制原理、特點(diǎn)，并對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：抽油機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制；節(jié)能

Abstract：Inrecentyears,theChangqingOilfieldcrudeoilproductioncontinuestoimprove,thepowerconsumptionofproductionismoreandmorebig,electricitycostsaccountforthecostofproducingcrudeoil25%-30%.Howtosaveenergyistheoilproductionenterpriseshavetoconsideranimportanttoreducethecostofproductionindex.ThispaperintroducestheintelligentpumpingunitsDTC(directtorquecontrol)power-savingdevicecontrolprinciple,characteristics,andtoanalyzetheapplicationeffect.

Keywords:pumpingunits;directtorquecontrol;energysaving

一、項(xiàng)目概要

隨著近幾年長(zhǎng)慶油田的快速發(fā)展，原油生產(chǎn)耗電越來越大，電費(fèi)支出已占原油生產(chǎn)成本的25%~30%。而抽油機(jī)是油田上的主要用電設(shè)備，每天需要消耗大量的電能，其電費(fèi)開支占采油系統(tǒng)費(fèi)用支出的60%以上。由于其負(fù)載是以抽油機(jī)沖程為周期連續(xù)變化的周期性負(fù)載，在這種負(fù)載條件下，存在效率低、能耗大、沖程和沖次調(diào)節(jié)不方便等明顯的缺點(diǎn)。抽油機(jī)如何節(jié)能，已是原油生產(chǎn)單位不得不考慮的一項(xiàng)重要的降低生產(chǎn)成本的指標(biāo)。

油田的油井井下的儲(chǔ)油量是發(fā)生變化的，在油量不能使抽油機(jī)設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，就必須采用控制裝置，將抽油機(jī)的沖次降低，調(diào)整到油量能滿足的速度，使每一口油井都能根據(jù)油量的多少設(shè)定速度。這種方式可以省去因不滿負(fù)荷而多耗的電能，可稱為是一種省時(shí)省力節(jié)能高效的方式。將大大減少采油成本，增加產(chǎn)量。

在不影響油井產(chǎn)量的前提下，如何控制和降低開采成本、提高經(jīng)濟(jì)效益始終是油田普遍關(guān)心的問題，尤其是中低產(chǎn)井檢泵時(shí)間短、耗電量大、機(jī)械設(shè)備（抽油機(jī)、油管、油桿等）磨損折舊嚴(yán)重，導(dǎo)致噸油成本居高不下。利用智能節(jié)電控制裝置，可以提高采油系統(tǒng)的效率、降低噸油成本、提高產(chǎn)量，使抽油機(jī)的工作參數(shù)更適合地下工況，調(diào)整更方便容易，有效解決起動(dòng)沖擊大，運(yùn)行耗電多，大馬拉小車、效率低下等。

對(duì)于中、低粘度原油，高含水量的開采井,抽油機(jī)理想工作方式應(yīng)為“慢上快下”、“慢上”有利于提高抽油泵的充滿程度,有利于提高每一沖次的排液量，同時(shí)“慢上”能有效減小懸點(diǎn)的附加動(dòng)載荷，從而減小沖程損失，改善采油設(shè)備的工作條件，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。“快下”有利于抽油泵固定閥的及時(shí)關(guān)閉，提高泵效，節(jié)省時(shí)間，提高單位時(shí)間的采油量。對(duì)于高產(chǎn)井、高含水井，適當(dāng)增加沖次，以實(shí)現(xiàn)“快上快下”增加產(chǎn)液量30%左右。對(duì)于低產(chǎn)井，在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)如果提高沖次，排液量不增反降，而降低沖次則排液量反而增加20-30%左右，同時(shí)節(jié)省了電能，延長(zhǎng)了抽油機(jī)、油管、油桿的壽命，其經(jīng)濟(jì)效益是驚人的?？傊?，對(duì)于不同的工況，合理的選取運(yùn)行參數(shù)，使油井的供采關(guān)系達(dá)到平衡，達(dá)到增產(chǎn)節(jié)能的目的。

二、國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用的技術(shù)為兩類，采用軟起調(diào)壓節(jié)能技術(shù)，這類產(chǎn)品由于調(diào)整電機(jī)電壓不能滿足抽油機(jī)電機(jī)的負(fù)載特性力矩動(dòng)態(tài)大范圍周期變化要求,節(jié)能不明顯。另一類為變頻器，只是單一調(diào)整頻率，不能完全滿足抽油機(jī)實(shí)際需要及抽油機(jī)的工作參數(shù)不能適合井下工況。

三、抽油機(jī)智能DTC節(jié)電裝置

一、直接轉(zhuǎn)矩控制

電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC）是交流傳動(dòng)領(lǐng)域電機(jī)控制方式的一次革命。直接轉(zhuǎn)矩控制與傳統(tǒng)控制方式不同，它不是通過控制電機(jī)電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量來控制，在準(zhǔn)確觀測(cè)定子磁鏈的空間位置和大小并保持其幅值基本恒定以及準(zhǔn)確計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩的條件下，通過控制電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)輸入電壓來控制電機(jī)定子磁鏈的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)速度，來改變它對(duì)轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)轉(zhuǎn)差率，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度與轉(zhuǎn)矩的精確控制，通俗講可以作到使電機(jī)按需出力。

二、控制原理

從抽油機(jī)電機(jī)的負(fù)載特性分析，主要是力矩動(dòng)態(tài)大范圍周期變化，頻率控制處于第二位，這就要求控制器具有力矩快速響應(yīng)能力、高力矩輸出能力。而只有運(yùn)用DTC技術(shù)的智能裝置才具有此功能。抽油機(jī)專用智能節(jié)能驅(qū)動(dòng)解決方案主要是根據(jù)油田實(shí)際情況，以及梁式抽油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，開發(fā)出HPL380型抽油機(jī)電機(jī)節(jié)電控制器，它能自主判斷抽油機(jī)運(yùn)行的上下沖程，根據(jù)油井的實(shí)際情況，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)上下沖程的速度，從而在實(shí)際抽油時(shí)，不更改每分鐘的抽油次數(shù)，但增加每次抽油時(shí)的采油量，提高抽油機(jī)的產(chǎn)量。智能節(jié)能方案通過調(diào)整裝置內(nèi)部的頻率參考值，保證抽油時(shí)間（SPM）恒定。所有的參考指令都將折算為每分鐘的抽油次數(shù)?？刂频脑硎牵簩?duì)正常工作給出合適的電流限制，在電動(dòng)狀態(tài)下，電機(jī)實(shí)際速度低于參考值；在發(fā)電狀態(tài)下，允許電機(jī)速度高于參考值，從而保持平均的恒定抽油時(shí)間。當(dāng)使用平衡負(fù)載應(yīng)用時(shí)對(duì)上下沖程使用兩種不同的參考頻率值。

三、節(jié)電裝置優(yōu)點(diǎn)

1、高效節(jié)能，增產(chǎn)

當(dāng)抽油機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，智能裝置自動(dòng)提高電機(jī)的運(yùn)行速度，并儲(chǔ)存發(fā)電運(yùn)行產(chǎn)生的能量，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案相比，減少了不必要的能量損失。節(jié)能40%---20%傳統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)電運(yùn)行產(chǎn)生的能量消耗在電阻上。

2、操作簡(jiǎn)單

用戶可根據(jù)油井地層供液能力

的變化很方便的調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使抽油機(jī)的沖次與地層供液能力達(dá)到合理的匹配，提高系統(tǒng)效率，達(dá)到了節(jié)電的效果。智能裝置的顯示面板可以直接顯示輸出電壓，輸出電流，輸出頻率沖程等。變頻器的運(yùn)行頻率參考值可隨時(shí)設(shè)置，修改抽油機(jī)的抽油次數(shù)十分便利。

3、對(duì)電源和負(fù)荷變化的快速響應(yīng)

DTC可以產(chǎn)生小于5毫秒的轉(zhuǎn)矩階躍上升時(shí)間，而其它無傳感器電機(jī)控制方式則需要100毫秒以上。這一超乎尋常的轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)意味著HPL380能夠?qū)刂七^程和電源側(cè)的瞬態(tài)變化做出極其快速的響應(yīng)。這對(duì)掉電、負(fù)載突變和過壓等情況的處理變得非常容易。

4、完整的電機(jī)保護(hù)及自檢功能

HPL380具有完整的自檢功能，可以即時(shí)的檢測(cè)到電機(jī)運(yùn)行過程中所有重要的信息，對(duì)異常變化會(huì)及時(shí)作出反應(yīng)。在輸入斷相，輸出斷相、輸出短路、過流、過壓等非正常情況下對(duì)電機(jī)提供全面完整的保護(hù)，可完全替代抽油自帶控制箱。

5、運(yùn)行安全，性能可靠

驅(qū)動(dòng)控制無需任何PLC，而是基于變頻器的專用控制程序?qū)崿F(xiàn)，并且具有工頻和智能操作方式，這兩種操作方式互鎖，并相互獨(dú)立，智能裝置具有寬廣的輸入電壓范圍，因此使系統(tǒng)的運(yùn)行更安全，性能更加可靠。

四、結(jié)論

2013年4月選擇在第四采油廠化XX-XX井進(jìn)行HPL380型抽油機(jī)節(jié)電控制器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，該井投產(chǎn)兩年，產(chǎn)量下降快，井深2000米，抽油機(jī)電機(jī)處于大馬拉小車狀態(tài)，效率低，符合試驗(yàn)要求。

經(jīng)兩個(gè)月的運(yùn)行，進(jìn)行了HPL380型抽油機(jī)節(jié)電控制器節(jié)能效果對(duì)比測(cè)試，經(jīng)分析，節(jié)能效果達(dá)到20%以上要求。

目前長(zhǎng)慶油田約有4萬口油井，油田生產(chǎn)過程中需要消耗大量的電能，抽油機(jī)采用智能DTC節(jié)電裝置有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值，會(huì)給企業(yè)節(jié)能降耗做出巨大的貢獻(xiàn)。

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第一作者簡(jiǎn)歷：李小川，男，1980年生，2001年畢業(yè)于西安石油大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，獲得學(xué)士學(xué)位，工程師，目前從事油氣田地面工程建設(shè)電氣設(shè)計(jì)，主要工作內(nèi)容為110kV及以下輸變電設(shè)計(jì)、建筑電氣設(shè)計(jì)、油氣田站場(chǎng)及工廠供配電設(shè)計(jì)。工作單位：西安長(zhǎng)慶科技有限責(zé)任公司，陜西西安，710018

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