【摘要】游梁式抽油機(jī)以其結(jié)構(gòu)合理、噪音小、使用方便、維修方便等特點(diǎn)，是油田應(yīng)用最廣泛的機(jī)械采油設(shè)備。本文以臺(tái)達(dá)C2000變頻器為控制中心，詳細(xì)介紹了變頻器在游梁式抽油機(jī)上運(yùn)行和停止過(guò)程中的應(yīng)用方法，同時(shí)結(jié)合電氣控制原理，使得控制系統(tǒng)運(yùn)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(guān)鍵字】游梁式抽油機(jī)；C2000變頻器；三相異步電機(jī)；工變頻自動(dòng)切換

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

目前國(guó)內(nèi)最常用的抽油機(jī)種類有游梁式抽油機(jī)、塔架式抽油機(jī)和螺桿泵式抽油機(jī)三種，其中游梁式抽油機(jī)作為一種簡(jiǎn)單、高效、操作方便的抽油設(shè)備，在各種含砂、含氣、含水原油的開采中得到了廣泛的應(yīng)用。

某油田約有7萬(wàn)口采油井，其中游梁式抽油機(jī)數(shù)量高達(dá)近6萬(wàn)口，新建的采油廠作為油田的試驗(yàn)型井田配備了臺(tái)達(dá)C2000高階磁束向量通用型變頻器，采用工變頻自動(dòng)切換的方式，使整個(gè)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單緊湊，運(yùn)行可靠，達(dá)到了很好的節(jié)能效果。

1  游梁式抽油機(jī)的組成與工作原理

游梁式抽油機(jī)俗稱“磕頭機(jī)”，通過(guò)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(jī)主要由游梁—連桿—曲柄機(jī)構(gòu)、減速箱、動(dòng)力設(shè)備和輔助裝備等四大部分組成。 

工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)經(jīng)變速箱、曲柄連桿機(jī)構(gòu)變成驢頭的上下運(yùn)動(dòng)，驢頭經(jīng)光桿、抽油桿帶動(dòng)井下深井泵的柱塞作上下運(yùn)動(dòng)，從而不斷地把井中的原油抽出井筒，再通過(guò)地面管線輸送至計(jì)量站。

1.2 工作原理

當(dāng)抽油機(jī)上沖程時(shí)，油管彈性收縮向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械解堵采油器向上運(yùn)動(dòng)，撞擊滑套產(chǎn)生振動(dòng)；同時(shí)，正向單流閥關(guān)閉，變徑活塞總成封堵油，當(dāng)抽油機(jī)下沖程時(shí)，油管彈性伸長(zhǎng)向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械解堵采油器向下運(yùn)動(dòng)，撞擊滑套產(chǎn)生振動(dòng)；同時(shí)，反向單流閥部分關(guān)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(yùn)動(dòng)又對(duì)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(jī)工作原理示意圖

2  游梁式抽油機(jī)的節(jié)電技術(shù)

抽油機(jī)的節(jié)電技術(shù)通常采用變頻調(diào)速控制，這樣可以改變抽油機(jī)長(zhǎng)期處于低效做功的狀態(tài)，使其工作方式與油井實(shí)際負(fù)荷相匹配，保證每次都抽油，減少低效甚至無(wú)效抽取，從而降低電費(fèi)開支，減少維護(hù)成本，提高運(yùn)行效率。

變頻器具有軟起動(dòng)功能，起動(dòng)時(shí)電流較小，對(duì)電網(wǎng)沖擊小，起動(dòng)時(shí)能耗大為降低，同時(shí)減少了對(duì)電動(dòng)機(jī)、變速箱、抽油機(jī)等大機(jī)械的沖擊，延長(zhǎng)了相關(guān)設(shè)備的使用壽命。

引進(jìn)變頻器控制可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備上、下行程運(yùn)行頻率可調(diào)，以改變抽油機(jī)上、下行程的運(yùn)行速度，達(dá)到了滿足泵效的情況下耗用最少的電能。

由于抽油機(jī)下行時(shí)負(fù)載性質(zhì)為位勢(shì)負(fù)載，變頻器加裝制動(dòng)電阻后恰能適應(yīng)其工況。

圖2抽油機(jī)

3  系統(tǒng)設(shè)計(jì)

臺(tái)達(dá)C2000變頻器通過(guò)VF模式控制三相異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，變頻器結(jié)合控制柜電氣結(jié)構(gòu)會(huì)自動(dòng)將控制狀態(tài)從變頻切為工頻，保證抽油機(jī)不停機(jī)。同時(shí)，在抽油機(jī)下行沖程時(shí)，變頻器結(jié)合外部制動(dòng)電阻，將回生能量合理釋放。

C2000變頻器與國(guó)產(chǎn)某品牌數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)傳器相連接，將電機(jī)的運(yùn)行工況、電流、轉(zhuǎn)矩等數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到中控室內(nèi)。

3.1 C2000變頻器特點(diǎn)

臺(tái)達(dá)C2000高階磁束向量通用型變頻器集驅(qū)動(dòng)（IM/PM）、控制（PLC）、顯示（文本）、以及多種協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)于一體，內(nèi)建CANOpen可做主站，具有高性能、易維護(hù)、多語(yǔ)言操作等特點(diǎn)：

異步及同步電機(jī)控制一體化，具有多種控制模式，對(duì)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)開閉環(huán)控制；

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩在0.5Hz時(shí)可達(dá)150%以上，并支持重載模式；

過(guò)載能力最大200%轉(zhuǎn)矩電流；

內(nèi)置PLC功能，程序容量10K步；

強(qiáng)大的面板編輯功能，相當(dāng)于文本使用，并且面板參數(shù)設(shè)定有文字提示，使用簡(jiǎn)便；

模塊化設(shè)計(jì)，控制端子及風(fēng)扇可拆卸，并支持穿墻式安裝；

豐富的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能，內(nèi)建CANOpen，可擴(kuò)展Profibus、DeviceNet、MODBUS TCP、EtherNet-IP現(xiàn)場(chǎng)總線及以太網(wǎng)絡(luò)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(shè)置

變頻器的參數(shù)設(shè)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(shè)置

3.3電氣控制原理

游梁式抽油機(jī)在變頻柜門板上進(jìn)行操作，變頻控制柜門板上有啟動(dòng)、停止、故障復(fù)位、工變頻轉(zhuǎn)換按鈕，并有運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈、工變頻指示燈和電位計(jì)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速旋鈕，可以在現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程對(duì)變頻柜進(jìn)行實(shí)時(shí)操作。

當(dāng)變頻器在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)故障時(shí)，變頻器會(huì)利用繼電器輸出功能自動(dòng)將變頻狀態(tài)切為工頻狀態(tài)，保證了抽油機(jī)不停機(jī)，同時(shí)，C2000變頻器通過(guò)RS485與北京安控CPU相連接，可以遠(yuǎn)程上傳數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程修改相關(guān)參數(shù)。

圖3 抽油機(jī)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(guò)程中，油況可能隨時(shí)發(fā)生變化，C2000變頻器可以實(shí)時(shí)將負(fù)載情況送到北京安控CPU內(nèi)進(jìn)行分析計(jì)算，從而得到合理的轉(zhuǎn)速控制。同時(shí)，還可以根據(jù)采油廠的采油量指標(biāo)，由采油工人自行或定時(shí)改變輸出頻率，滿足了手動(dòng)與自動(dòng)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(píng)。

5  結(jié)束語(yǔ)

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

作者簡(jiǎn)介：

趙成亮，男，出生于1984年7月，畢業(yè)于佳木斯大學(xué)，自動(dòng)化專業(yè)?，F(xiàn)任中達(dá)電通東北大區(qū)業(yè)務(wù)支援處高級(jí)應(yīng)用工程師，從事中達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在黑龍江區(qū)域的技術(shù)支持和推廣工作，有著豐富的業(yè)界經(jīng)驗(yàn)。