新型数字化抽油机的研制与应用_吉效科

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技术分析
基本结构 整机
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新型数字化抽油机充分利用了调径变矩游梁式 抽油机的基本结构，将后臂及配重箱设计为具有自 调功能的游梁平衡装置，将电机移至底座后部，配 套专用智能控制柜，整机结构如图 1 所示。
1 —控制面板； 2 —器件层； 3 —散热隔离层； 4 —游梁平衡装置； 5—游梁； 6—驴头； 7 — 减速器 ； 8 — 支架 ； 9 — 电机 ； 10 油区块属超低渗透油藏， 供液严重不足。在分析研究数字化抽油机结构可靠 性和功能实现的基础上，为了实现油田规模化经济 开发，长庆油田公司组织开发了新型数字化抽油机 系列机型。新型数字化抽油机的基础结构采用长庆 油田广泛使用的调径变矩形式，在调径变矩抽油机
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第 41 卷
scale economical development in Abstract： To meet the needs of digital oilfield construction and achieve largeoilfields，a new type of digital pumping unit was developed. On the basis of adjustable diameter and changeable torque pumping unit，the new unit adds mobile balance regulating mechanism and intelligent control system. It has three balance regulating modes： automatic regulation，manual operation and electric drive，and artificial regulation. It can conduct a synchronous collection of indicator diagram and electric parameters as well as the parameters of pumping unit balance and pumping speed. It can keep pumping unit operating safely and smoothly in the best operating condition. The test findings in 5 wells in the field condition of the same well and the samelifting capacity pumping unit，show that the average system efficiency of the new unit improves by 6% and the average electricity saving rate is 18% . The successful development of the unit meets the needs of oilfield digital construction and oilwell production operation. It has a bright prospect of spread and application. Key words： digital pumping unit； adjustable diameter and changeable torque； balance regulating mechanism； intelligent control； automatic regulation； electric parameter； indicator diagram 的基础上增加移动式平衡调节机构和智能控制系 ［1 － 2 ］ 。 统，能够较好地适应低冲次工况下的开采 新型数字化抽油机可实现实时数据采集 、数据 远传和抽油机调冲次、 调平衡的自动控制等功能。 其中的平衡调节装置采用配重箱在后臂上移动的方 式，具有自动调节、手操电动及人工手摇调节 3 种 平衡调节方式。系列数字化抽油机的研发成功实现 了在因特网上管理抽油机及油井 ，提高了机采系统 安全性和系统效率， 达到了节能减排、 简化操作、
－1 荷 75. 64 kN， 负载率 94. 55% ， 冲次 1. 62 min 、 电流平衡度 1. 05 ， 功率平衡度 0. 871 ， 最大上 / 下
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关键技术
平衡自动调节技术
新型数字化抽油机游梁平衡装置以常规调径变 矩抽油机的平衡机构为基础，通过采集抽油机的三 相电参数，依据抽油机功率法的调平衡法则 ，实时 或定时判断抽油机的平衡度， ＲTU 根据平衡度情 况，分析、判断和计算抽油机移动配重箱的移动方 向与移动位置，准确调节平衡。同时为防止驱动装 置 （ 平衡电机 ） 在断电或发生故障情况下， 平衡 装置不能自动调节， 在驱动装置设置手动操作机 构，可实现手动调节平衡。 2. 2 冲次自动调节技术 抽油机根据油井示功图计算、对比、判断供液 情况，根据液量和泵效情况确定变频器的调节频 率，通过实时或定时自动调节变频器的频率大小来 调节抽油机的冲次快慢，最终达到最佳供液与冲次 匹配运行，使得抽油机始终在最佳工况下运行 ，抽 －1 油机冲次调节范围达到 1. 5 ～ 5. 0 min ，满足油井 低产运行的需要。 2. 3 变频器自动升频技术 当抽油机电机的定子转速高于转子转速 ，系统 出现能量反馈时，变频器采用开环矢量控制，仅对 电机转速及系统频率进行监控，在监控值范围内不 干预电机运行，避免了变频器能耗制动造成的过压 现象，同时也起到了节能的作用。
它继承了调径变矩游梁平衡抽油机可靠的主体结 构，电机和控制柜布置于远离井口的减速器后端 ， 既提高了预防油井火灾的安全性又便于维修更换 。 悬点失载防撞装置布置在底座后端 。围栏将运动件
1 —驱动装置； 2 —丝杠； 3 —移动配重箱； 4 —丝母。
运行空间完全隔离，现场安装方便快捷。刹车、控 制柜在抽油机侧面，与配重箱运行轨迹之间的距离 安全合理，操作者站位视线开阔，便于 1 人操作。 （ 2 ） 平衡自动调节装置的设计灵活可靠 ， 便 于操作。在平衡臂上增加了移动平衡箱机构 ，具有 自动调节、手操电动调节和人工手摇调节平衡等 3 种形式。设计中增加了移动平衡箱行程限位上 、下 开关，提高了安全性和可靠性。 （ 3 ） 设备安装快捷方便。 将平衡电机、 角位 移、限位开关的电缆集成为 1 根，通过专用插头快 速连接，可避免接错线烧坏控制柜。 （ 4 ） 现场操作、 维护保养的程序与常规抽油
图2 Fig. 2
游梁平衡装置示意图
Diagram of beam balance device
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智能控制柜
智能控制柜由控制面板层、器件层、散热隔离 层 3 部分组成。控制面板用于操作人员对抽油机功 能 的 选 择 和 操 作， 包 括 按 钮、 旋 钮、 显 示 屏、 ＲTU。器件层安装控制电气元件及接线， 包括平衡 调整模块、变频器、远程通讯模块、电气开关及中 间辅助元件。散热隔离层用背板与电器层隔开 ，专 为变频器及控制柜散热，设计有专用风道。
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吉效科等： 新型数字化抽油机的研制与应用
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减少人工以及提高经济效益的目的 。
ＲTU 为智能控制柜的核心控制元件， 是实现 控制柜与上位机数据传输、 逻辑运算的控制单元。 其功能涉及语音模块、通信模块和变频器等。 平衡 调节模块可采集抽油机主电机的电参数，综合利用 电流法和功率法，计算并调整抽油机的平衡度。变 频器是实现油井冲次调节、主电机软启动和变频电 路保护的控制元件，执行 ＲTU 和人工手动控制命令 对电机转速进行调节。远程通讯模块是实现 ＲTU 与 上位机或网络之间信息转换和传输的无线终端，可 将串口数据转换为 IP 数据或将 IP 数据转换为串口 ［3 ］ 数据，通过无线通信网络进行数据传送 。 1. 2 基本功能 （ 1 ） 数据采集和传输。 采集主电机电流、 电 压、功率、频率和功率因数等电参数，采集油井示 功图的数据，采集抽油机的冲次、冲程和平衡度等 参数，并对采集的数据实现本地读取和远程传输 。 （ 2 ） 参数分析和调整。 根据测量和采集的各 项数据，抽油机可通过本地控制柜或上位机进行分
图1 Fig. 1
新型数字化抽油机整机结构示意图
Overall structural diagram of new digital pumping unit
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游梁平衡装置 如图 2 所示， 游梁平衡装置主要由驱动装置、
丝杠、移动配重箱、丝母、固定配重箱和后臂等组 成。移动配重箱通过内部的丝母带动 ，实现在吊臂 上做直线往复运动，使抽油机平衡力臂长短发生变 化，从而达到调节抽油机平衡的目的 。
析和计算，按照给定的标准参数值和时间间隔 ，定 时进行抽油机平衡和冲次等参数的自动调整 ，使得 抽油机在最佳工况下安全平稳运行 。 （ 3 ） 远程操作和控制。 抽油机可实现本地启 停和远程启停，并具有本地和远程冲次、平衡等调 整操作，还可实现工频、变频和自动功能的转换。 （ 4 ） 超载和超限保护。 抽油机具有超载、 失 、 载 缺相、过流、短路、超速、防雷击和防闪断等 保护功能。 1. 3 技术特点 （ 1 ） 抽 油 机 整 体 结 构 安 全 可 靠， 操 作 方 便。
1平衡自动调节技术新型数字化抽油机游梁平衡装置以常规调径变矩抽油机的平衡机构为基础通过采集抽油机的三相电参数依据抽油机功率法的调平衡法则实时或定时判断抽油机的平衡度rtu根据平衡度情况分析判断和计算抽油机移动配重箱的移动方向与移动位置准确调节平衡
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油
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械 2013 年 第 41 卷 第 10 期
CHINA PETＲOLEUM MACHINEＲY
新型数字化抽油机的研制与应用
吉效科
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许
丽
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智
勇
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（ 1. 西南石油大学机电工程学院 2. 长庆油田公司设备管理处 3. 中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所）
摘要： 为了实现油田规模化经济开发，研制了新型数字化抽油机。 该抽油机在调径变矩抽油 机基础上增加了移动式平衡调节机构和智能控制系统 ， 具有自动调节、 手操电动、 人工调节 3 种 平衡调节方式，可同步采集油井示功图与电参数 、定时分析判定和自调抽油机平衡 、冲次等参数， 使得抽油机在最佳工况下安全平稳运行 。现场同井、 同机等条件下 5 口油井的测试结果表明， 新 型数字化抽油机平均系统效率提高了 6 个百分点， 平均节电率为 18% 。 该抽油机的成功开发满足 油田数字化建设和油井生产运行的需要 ，具有良好的推广应用前景。 关键词： 数字化抽油机； 调径变矩； 平衡调节机构； 智能控制； 自动调节； 电参数； 示功图 中图分类号： TE933 文献标识码： A doi： 10. 3969 / j. issn. 1001 － 4578. 2013. 10. 026
Development and Application of a New Type of Digital Pumping Unit
2 Ji Xiaoke1，
Xu Li2
Zhi Yong3
2. Department of Equipment Management，
（ 1. School of Mechanical and Electronic Engineering，Southwest Petroleum University Changqing Oilfield Company 3. Jianghan Machinery Ｒesearch Institute）
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机基本一致，只需常备的通用工具就能完成，对采 油工进行短时间技术培训就能掌握 。使用快换皮带 和皮带轮装置，减轻了现场操作工人劳动强度，减 少了工作量，同时还缩短了停井时间。
行、悬点失载等试验， 现择其重点试验具体阐述 如下。 载荷能力试验 新 153 － 64 井电能及示功图如图 3 所示。 新 153 － 64 井采用 8 型新型数字化抽油机， 其最大载 3. 1