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智能化抽油系统在游梁式抽油机上的应用

大庆石油学院学报第24卷 第3期 2000年9月JOURNA L OF DAQI NG PETRO LE UM I NSTIT UTE V ol.24 N o.3 Sept. 2000

收稿日期:1999-04-09;审稿人:张学鸿 基金项目:中国石油天然气集团公司项目(983212) 作者简介:倪振文(1964-),男,工程师,主要从事石油机械及控制方面的研究.

智能化抽油系统在游梁式抽油机上的应用

倪振文,赵来军,职黎光

(西安石油学院机械系,陕西西安 710065)

摘 要:应用变频调速技术、自动控制技术改造现有的游梁式抽油机,实现了抽油系统的智能化.采用变频调速器,可编程控制器等控制设备,使抽油机冲次以及上下冲程速比达到无级调节,优化抽汲参数,并实现了抽空控制.现场应用表明,使用智能化抽油系统可实现增产、节能,平均每口油井年增产原油160t ,平均节能9.16%.

关 键 词:智能化抽油系统;变频调速;冲次;速比

中图分类号:TE933.1 文献标识码:A 文章编号:1000-1891(2000)03-0071-03

1 智能化抽油系统的硬件控制

1.1 变频调速器

图1 抽油机智能控制系统框图

智能化抽油系统控制见图1.交流电动机的转

速[1]为

n =60f (1-s )/p ,

(1)式中:f 为电源频率;p 为电动机的磁极对数;s 为转差率.

由式(1)可知,电机的转速和输入电流的频率成正比,当改变电流频率时,旋转磁场的转速将随之改变,因而转子转速也随之改变,实现电机调速.变频调速器由整流器和逆变器组成.整流器先将50H z 的交流电变为直流电,再由逆变器变换为频率、电压有效值可调的三相交流电,供给电动机.用这种方法调速,特性较硬,调速范围大[2,3].

日本富士公司生产的FRE NIC 5000P730kW 变频调速器,可以根据抽油系统工况通过触摸键面板进行功能设定,显示面板可以动态显示变频器的输出频率、

输出电流、输出电压、故障数据等参数.在智能化抽油系统中变频调速器的功能参数设定见表1.

表1 变频调速器功能参数在智能化抽油系统中的设定

功能号

名称

设定范围功能设定值

功能应用10

f max /H z 50~400

80最大输出频率11f base /H z 5050工频电网频率12U /V 320~460380电机额定电压13f /H z 0~40070频率调节范围0~7014f hl /H z 0~40080输出频率上限值15f ll /H z 0~40015输出频率下限值16ACC 1/s 0.2~3600.01~5上冲程开始加速时间17DCC 1/s 0.2~3600.01~5

下冲程开始加速时间23MSS 1/H z 0.5~400.0根据工作要求设定上冲程电机频率25

MSS 3/H z

0.5~400.0

根据工作要求设定

下冲程电机频率

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17?

此外,变频器还具有过电压保护、欠电压保护、过电流保护、电机过载保护、变频器过热保护、外部故障

保护等保护功能.

1.2 可编程控制器(P LC)

可编程控制器(P LC )具有条件控制、限时控制、计数控制、数据处理、AD 及DA 、通信和联网等功能.

在智能化抽油系统控制装置中采用美国ME 公司生产的IP L1612-200型可编程控制器,它具有12个输入点、12个输出点,可与变频调速器的控制端、抽油机的传感器等连接,沟通外部系统和内部系统.通过P LC 的串口,装入根据每口井况编制的管理程序,根据输入信息实时控制.在智能化抽油系统运行过程中,P LC 接收抽油机上冲程和下冲程死点位置传感器以及电机功率变换器传来的信号,经P LC 程序处理后输出控制信号,控制变频调速器的输出电压和上下冲程的输出频率,从而实现控制抽油机上下冲程速度的目的.1.3 负功率处理部件

负功率处理技术是智能化抽油系统的关键技术之一.目前,虽然都用平衡块对抽油机进行了平衡调整,但是在每个冲程中总有一小段时间电机取负功率,即电动机处于发电状态,在这一小段时间机械能被转换为电能,而电机使用变频调速器控制驱动和把电动机直接接向供电线路不同,常见的变频调速器都不能从输出端取回功率反送回供电线路,在电动机发电时,变频调速器的直流母线上形成过电压,致使变频调速器不能正常工作,使用泄放电阻可以将负功率消耗掉.

2 智能控制

智能控制的目标:(1)安排抽油井工作制度,定时启动、停止;(2)根据井下供液情况,自动调整抽油井工作制度;(3)自动进行故障诊断,必要时自动停止抽油.在智能控制系统中,采用监测电机功率来实现抽油机的闭环自动控制.

采用有杆抽油法采油时,当油井的供液能力小于抽油泵的排量时,就可能造成泵抽空和液击.防止液击的有效方法之一是用减慢泵速来提高泵冲满度,而泵充满度与电机输出功率有密切关系[4].当抽油泵抽空时,油井产量减少,有效功率减小,电机输出功率减小.智能化抽油机的闭环控制是根椐电机输出功率和泵充满度的关系来实现的.

图2 电动机输出功率比值与泵充满度的关系

图2从理论上给出了当油井动液面基本保持不变情况下,同一冲次抽油泵产生液击时电动机的输出功率与泵充满时电动机输出功率的比值(η)和泵充满度之间的关系曲线[5],这一曲线适用于正常井下摩擦的各类油井.从图2中可以看出,在冲次一定的情况下,电机输出功率与泵充满度成正比.因此,可以用电机输出功率作为控制参数来控制抽油系统.

在同一冲次下,如果以深井泵接近抽空时电动

机输出功率作为标准量值,当电动机实际输出功率降低到标准值以下时,即可判定泵已抽空.设定一个充满度值(如80%),首先测出泵充满时各冲次下的电动机输出功率,然后根据图2求出泵充满度为80%时各冲次下的电动机输出功率,以此功率值作为标准值来进行控制,使得电动机实际输出功率始终大于标准值,从而保证泵充满度为80%.

可编程控制器(P LC )接收功率变换器发送来的信号,处理后将信号传送变频调速器,通过变频调速器控制电动机的转速,从而实现对抽油机的控制.在生产中,当油井供液充足时,可以采用较高冲次抽油,并实时监测电动机的输出功率,当电动机功率小于所设标准值时,则降低冲次;当电机功率再小于新的标准值时,则继续降低冲次,以保证泵充满度始终不小于80%.当冲次降到一定值时停止抽油,延时一定时间,

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27?大 庆 石 油 学 院 学 报 第24卷 2000年

使动液面回升,再以较高冲次启动系统抽油.以此循环,实现闭环控制.

可编程控制器具有RS232C 串行信号接口,可以与上位机(微机或单片机系统)通信,输入系统控制程序,可以实现保存运行记录、图形显示或者扩展遥控功能.

3 现场应用

应用智能化抽油系统先后改造了新疆油田采油一厂的H4070,H6180,0211,5434井,改造了华北二连油田阿尔善油区12排416井.其中H4070,H6180井是稠油井,其余为稀油井.在试验中,根据油井工况调整抽油机的运动规律,增产、节能效果明显.统计结果表明,平均每口油井年增产原油160t ,平均每口井年节能9.16%.

智能化抽油系统适合蒸气吞吐的稠油井,注蒸气焖井后,首先出水,然后逐渐出油,含水量逐渐下降,油温也逐渐降低,原油粘度逐渐提高.针对这种情况,可在开采初期增大变频调速器的输出频率,以提高电机转速,增大冲次,高速抽出井液.随着原油粘度的逐步提高,逐渐降低冲次,到后期为提高泵冲满度,可采用上冲程快下冲程慢的工作制度,以便在一个吞吐周期采出更多的原油,提高吞吐周期采注比,从而提高油田开发采收率.

对于稀油井,当油井供液充足时,可增大变频调速器的输出频率,提高抽油机的冲次,快速排液,增加油井产量.当油井供液不足时,可降低抽油机的冲次,提高泵效.对于严重漏失的油井,采用上冲程快下冲程慢的工作制度,以减少上冲程泵的漏失量,提高泵效.

4 结论

智能化抽油系统是在游梁式抽油机基础上改造而成的,可使抽油机冲次以及上下冲程速比无级调节,优化抽汲参数,实现了抽空控制.

参考文献:

[1] 李发海,王 岩.电机与拖动基础[M].北京:清华大学出版社,1994.328~332.[2] 王忠庆,孙裕霖.电机及拖动基础[M].北京:中国轻工业出版社,1991.233.[3] 秦曾皇.电工学[M].北京:高等教育出版社,1995.343.

[4] 崔振华,余国安.有杆抽油系统[M].北京:石油工业出版社,1994.140~158.[5] 倪振文.数控抽油机电力控制系统[J ].石油矿场机械,1999,28(6):24~27.

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37?第3期 倪振文等:智能化抽油系统在游梁式抽油机上的应用

Application of intelligent oil pumping system to the beam 2pumping unit/2000,24(3):71~73NI Zhen 2wen ,ZH AO Lai 2jun ,ZHI Li 2guang

(Dept o f Mechanical Engineering ,Xian Petroleum Institute ,Xian ,Shanxi 710065,China )

Abstract :Applying variable frequency technique and automation control technique in intelligent oil pum ping system im proves the existing pum ping http://www.wendangku.net/doc/d447bd63f5335a8102d22068.htmling variable frequency equipment and program controller ,we adjust stroke times per minute and ratio of up 2stroke velocity to velocity down 2strike velocity ,w ork parameters and automation in the pum ping unit.Applicatin of intelligent pum ping oil system can increase production output and the power consum ption is reduced.The efficiency of oil pum ping system is im proved.Production output per oil well every year increases by 160t.P ower consum ption is reduced by 9.6%.

K ey w ords :intelligent oil pum ping system ;variable frequency ;stroke times ;ratio of up 2stroke velocity to velocity

down 2strike velocity

Prospective economic evaluation index system setup process and the m ain index analysis/2000,24(3):74~76LI Y u 2xi 1,T ANGLi 2ren 2,Y ANG G uo 2ping 3,S ONG G uo 2hui 4

(1.Basin Research Center ,Petroleum Univer sity ,Beijing 102200,China ;2.Exploration and Development Research Institute ,Liaohe Oil Field ,Panjin ,Liaoning 124010,China ;3.Dept o f Econdmy and Management ,Daqing Petroleum Institute ,Anda ,Heilongjiang ,151400,China ;4.Producing Gas Company ,Liaohe Oil Field ,Panjin ,Liaoning 124010,China )

Abstact :The dynamic and synthetic characteristics of the prospective economic evaluation indexes are analyzed based on the setup of prospective economic evaluation index system.The risks inv olved in the index system are als o consid 2ered.Finally ,the main basic index 2economical reserves are analysed.K ey w ords :prospect evaluation ;index system ;economical reserves ;risks

E conomic evaluation of development and sensitivity analysis/2000,24(3):77~79G UO Dian 2jun ,J I N Y a 2jing ,ZH AO H ong 2ming ,ZH AO Y u 2wu ,H AN Jun

(Oil Recovery Plant No.9,Daqing Oilfield Corp.Ltd ,Daqing ,Heilongjiang 163853,China )

Abstract :Economic feasibility analysis is made for the development of the outstep wells in the peripheral fields by means of technical and economic principle and the critical economic flow rate of the single well in the peripheral well zones ;the economic limit values are established and the basic evaluation indicators are calculated.Results show that three of the fields satis fy the conditions for development ,and tw o of the fields do not.Three factors ,sale prices ,in 2vestment and operation cost ,are selected for the sensitivity analysis.Results show that sale prices and operation cost have bigger effect on the internal benefit indicators.

K ey w ords :economic limits ;evaluation ;investment ;sensitivity analysis

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801?Abstracts Journal of Daqing Petroleum Institute Vol.24 No.3 Sept.2000