【摘要】游梁式抽油機以其結構合理、噪音小、使用方便、維修方便等特點，是油田應用最廣泛的機械采油設備。本文以臺達C2000變頻器為控制中心，詳細介紹了變頻器在游梁式抽油機上運行和停止過程中的應用方法，同時結合電氣控制原理，使得控制系統(tǒng)運行更加可靠穩(wěn)定。

【Abstract】The beam-pumping unit with characteristics of reasonable structure, low noise, convenient use, convenient repair, is the most widely used in mechanical oil recovery equipment. Take the Delta C2000 inverter as the control center, this paper introduces the application of inverter in beam-pumping unit for running and stopping process, combined with the principle of electrical control, the control system will be more reliable and stable.

【關鍵字】游梁式抽油機；C2000變頻器；三相異步電機；工變頻自動切換

【Keywords】beam-pumping unit; C2000 Inverter; triple-phase asynchronous motor; variable frequency and power frequency switching

目前國內(nèi)最常用的抽油機種類有游梁式抽油機、塔架式抽油機和螺桿泵式抽油機三種，其中游梁式抽油機作為一種簡單、高效、操作方便的抽油設備，在各種含砂、含氣、含水原油的開采中得到了廣泛的應用。

某油田約有7萬口采油井，其中游梁式抽油機數(shù)量高達近6萬口，新建的采油廠作為油田的試驗型井田配備了臺達C2000高階磁束向量通用型變頻器，采用工變頻自動切換的方式，使整個控制系統(tǒng)簡單緊湊，運行可靠，達到了很好的節(jié)能效果。

1  游梁式抽油機的組成與工作原理

游梁式抽油機俗稱“磕頭機”，通過加壓的辦法使石油出井，其作為一種廣泛的采油方式，在富油井、貧油井、稀油井、稠油井上都體現(xiàn)出了卓越的性能。

1.1 系統(tǒng)組成

游梁式抽油機主要由游梁—連桿—曲柄機構、減速箱、動力設備和輔助裝備等四大部分組成。 

工作時，電動機的傳動經(jīng)變速箱、曲柄連桿機構變成驢頭的上下運動，驢頭經(jīng)光桿、抽油桿帶動井下深井泵的柱塞作上下運動，從而不斷地把井中的原油抽出井筒，再通過地面管線輸送至計量站。

1.2 工作原理

當抽油機上沖程時，油管彈性收縮向上運動，帶動機械解堵采油器向上運動，撞擊滑套產(chǎn)生振動；同時，正向單流閥關閉，變徑活塞總成封堵油，當抽油機下沖程時，油管彈性伸長向下運動，帶動機械解堵采油器向下運動，撞擊滑套產(chǎn)生振動；同時，反向單流閥部分關閉，變徑活塞總成仍然封堵油套環(huán)形油道，使反向單流閥下方區(qū)域形成高壓區(qū)，這一運動又對地層內(nèi)的油流通道產(chǎn)生一種反向的沖擊力。

圖1 抽油機工作原理示意圖

2  游梁式抽油機的節(jié)電技術

抽油機的節(jié)電技術通常采用變頻調速控制，這樣可以改變抽油機長期處于低效做功的狀態(tài)，使其工作方式與油井實際負荷相匹配，保證每次都抽油，減少低效甚至無效抽取，從而降低電費開支，減少維護成本，提高運行效率。

變頻器具有軟起動功能，起動時電流較小，對電網(wǎng)沖擊小，起動時能耗大為降低，同時減少了對電動機、變速箱、抽油機等大機械的沖擊，延長了相關設備的使用壽命。

引進變頻器控制可實現(xiàn)對設備上、下行程運行頻率可調，以改變抽油機上、下行程的運行速度，達到了滿足泵效的情況下耗用最少的電能。

由于抽油機下行時負載性質為位勢負載，變頻器加裝制動電阻后恰能適應其工況。

圖2抽油機

3  系統(tǒng)設計

臺達C2000變頻器通過VF模式控制三相異步電動機，當變頻器出現(xiàn)故障停機時，變頻器結合控制柜電氣結構會自動將控制狀態(tài)從變頻切為工頻，保證抽油機不停機。同時，在抽油機下行沖程時，變頻器結合外部制動電阻，將回生能量合理釋放。

C2000變頻器與國產(chǎn)某品牌數(shù)據(jù)采集遠傳器相連接，將電機的運行工況、電流、轉矩等數(shù)據(jù)遠傳到中控室內(nèi)。

3.1 C2000變頻器特點

臺達C2000高階磁束向量通用型變頻器集驅動（IM/PM）、控制（PLC）、顯示（文本）、以及多種協(xié)議現(xiàn)場總線技術于一體，內(nèi)建CANOpen可做主站，具有高性能、易維護、多語言操作等特點：

異步及同步電機控制一體化，具有多種控制模式，對電機可實現(xiàn)開閉環(huán)控制；

啟動轉矩在0.5Hz時可達150%以上，并支持重載模式；

過載能力最大200%轉矩電流；

內(nèi)置PLC功能，程序容量10K步；

強大的面板編輯功能，相當于文本使用，并且面板參數(shù)設定有文字提示，使用簡便；

模塊化設計，控制端子及風扇可拆卸，并支持穿墻式安裝；

豐富的網(wǎng)絡擴展功能，內(nèi)建CANOpen，可擴展Profibus、DeviceNet、MODBUS TCP、EtherNet-IP現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)絡卡；

-50℃至+50℃超寬環(huán)境溫度，全球安規(guī)兼容于CE/UL/CUL。

3.2 C2000的基本參數(shù)設置

變頻器的參數(shù)設置主要分為兩部分，一為基本參數(shù)，二為通訊參數(shù)。

表1 變頻器主要參數(shù)設置

3.3電氣控制原理

游梁式抽油機在變頻柜門板上進行操作，變頻控制柜門板上有啟動、停止、故障復位、工變頻轉換按鈕，并有運轉指示燈、工變頻指示燈和電位計調整電機轉速旋鈕，可以在現(xiàn)場或遠程對變頻柜進行實時操作。

當變頻器在運轉中出現(xiàn)故障時，變頻器會利用繼電器輸出功能自動將變頻狀態(tài)切為工頻狀態(tài)，保證了抽油機不停機，同時，C2000變頻器通過RS485與北京安控CPU相連接，可以遠程上傳數(shù)據(jù)和遠程修改相關參數(shù)。

圖3 抽油機控制柜

圖4 控制柜正面與背面（安控模塊）

4  系統(tǒng)節(jié)能

采油井在開采過程中，油況可能隨時發(fā)生變化，C2000變頻器可以實時將負載情況送到北京安控CPU內(nèi)進行分析計算，從而得到合理的轉速控制。同時，還可以根據(jù)采油廠的采油量指標，由采油工人自行或定時改變輸出頻率，滿足了手動與自動控制的二合一功能，不僅節(jié)約了電能，還節(jié)省了人力物力，深受用戶好評。

5  結束語

臺達C2000變頻器（18.5～30KW）自2012年10月份在華北某油田多個游梁式抽油機井口投運，運行效果穩(wěn)定，節(jié)能明顯，并且操作簡便易懂，在客戶處取得了良好反響。

作者簡介：

趙成亮，男，出生于1984年7月，畢業(yè)于佳木斯大學，自動化專業(yè)?，F(xiàn)任中達電通東北大區(qū)業(yè)務支援處高級應用工程師，從事中達機電產(chǎn)品在黑龍江區(qū)域的技術支持和推廣工作，有著豐富的業(yè)界經(jīng)驗。