抽油机智能改造方案
抽油机井变速运行智能控制技术应用及推广
抽油机井变速运行智能控制技术应用及推广
摘要：抽油机井闭环控制技术是为了实现抽油机井的供排协调智能排采，为了
解决低产低效井存在产液波动，人工调整工作制度无法适应油井供液能力变化的
问题，研发了变速运行智能控制技术，该技术在原有供排协调技术的基础上，进
一步降低油井运行能耗，持续提高系统效率、是实现抽油机井智能排采的又一重
要技术。
关键词：抽油机井；变速运行；控制技术
一、技术分析
1、主要技术原理
⑴大闭环调冲次控制技术原理及应用
大闭环调冲次供采协调技术是通过安装抽油机井变频控制柜、示功图、电参
数传感器，RTU及远程通讯模块，实现现场采集抽油机井示功图及电功率曲线，
通过远程通讯模块上传至局域网内的集中分析控制平台，由服务器进行分析计算
后将调参信息反馈给单井控制单元，控制单元调整变频器输出频率，从而实现油
井远程调参、供采协调的目的。控制参数为动液面，数据来源为示功图计算结果，采集频率一般为1小时一组数据，需要网络支持。
⑵小闭环控制技术原理及应用
为了解决无网络覆盖的边零井的智能排采问题，研发了小闭环控制技术，该
项技术是将大闭环控制技术中安装在服务器上的平台软件分析计算功能移植到了
单井PLC上，无需网络传输，可以实现单井井场的实时采集和就地分析计算反馈，控制变频实现调参。控制参数为动液面，数据来源也是示功图计算结果，采集频
率可调，需要PLC具备闭环计算分析功能。
⑶变速运行智能控制技术原理及应用
抽油机井变速运行控制技术是根据悬点的载荷变化，结合光杆运行速度与加
速度的控制，消除杆柱惯性载荷的影响，通过降速增加电机输出扭矩实现功率输
抽油机智能平衡调节装置
型， 典型 的有 ： 随动 平 衡 、 增加超越离合器、 飞 轮 动 能 平衡 、 电机加滚 珠 丝杠 自动调 节 平 衡 等 Ｊ 。随 动 平 衡方 式钢 丝绳 在驴 头滑 动 ， 实际 冲程 小于游 梁摆 角对 应 冲程 ， 且影 响钢 丝 绳 寿命 ； 增 加 超 越 离 合 器 存 在不
ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｅ ｍｐ ｈ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ，ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ，ｂ ａ ｌ ｌ ｓ ｃ ｒ ｅ ｗ，ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｗｅ ｒ ｉ ｇ ｈ ｔ ，ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ ｂ ａ ｒ ａ ｎ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａｉ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｂ ａ ｄ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｉ ｔ ｏ ｎ ａ ｌ ｐ ｕ ｍｐ ｉ ｎ ｇ ｕ ｎ ｉ ｔ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎ ｔ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ－ ａ
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抽油机远程启停控制分析及实践探讨
抽油机远程启停控制分析及实践探讨
一、引言
随着工业自动化程度的不断提高，遥控技术在各行各业得到了广泛的应用。在油田开
发中，抽油机是一个非常重要的设备，它的运行状态对整个油田的生产效率和安全运行起
着至关重要的作用。实现抽油机的远程启停控制对于提高油田生产的效率和安全性具有重
要意义。本文将对抽油机远程启停控制进行分析，并结合实际案例进行探讨。
二、抽油机远程启停控制的必要性
1.提高生产效率
传统的抽油机启停控制需要现场操作人员进行手动操控，不仅浪费人力资源，而且可
能由于人为因素导致操控失误，从而影响到生产效率。而采用远程启停控制技术，可以实
现对抽油机的远程监控和控制，从而提高了生产效率和节约了人力成本。
2.保障运行安全
抽油机在运行过程中难免会遇到一些突发情况，如设备故障、操作失误等，这些情况
可能会导致设备的损坏甚至引发事故。而通过远程启停控制技术，可以实现对抽油机的实
时监控和远程停机，及时发现并处理异常情况，从而保障了设备的安全运行。
1.远程监控技术
采用远程监控技术可以实现对抽油机运行状态的实时监测，包括设备的运行状态、温度、压力等参数的监测。通过互联网或专用通信网络，操作人员可以随时随地远程监控抽
油机的运行情况，及时发现并处理异常情况。
2.远程控制技术
采用远程控制技术可以实现对抽油机的远程启停和参数调整。操作人员可以通过远程
控制终端对抽油机进行启停操作，也可以对抽油机的运行参数进行远程调整，实现抽油机
的智能化运行。
3.数据传输技术
远程启停控制技术需要借助数据传输技术来实现远程监控和控制，包括有线通信和无
抽油机智能调平衡装置的研制
引文：冯静，陈雷，杜广纯，等．抽油机智能调平衡装置的研制[J]．石油石化节能，2023，13（8）：47-51.
FENG Jing，CHEN Lei，DU Guangchun．Devlopment of intelligent balancing device for pumping unit[J]．Energy Conserva-tion in Petroleum&PetroChemical Industry，2023，13（8）：47-51.
抽油机智能调平衡装置的研制
冯静1陈雷2杜广纯3刘春雨4刘春红5
（1.大庆油田有限责任公司第三采油厂；2.大庆油田有限责任公司第七采油厂；3.大庆油田装备制造集团；
4.大庆油田有限责任公司井下作业分公司；
5.大庆油田有限责任公司第二采油厂）
摘要：游梁式抽油机是油田目前主要采用的举升装置，游梁式抽油机井的耗电量占油田总用电
量的40%。由于抽油机悬点在运动时，上下冲程中受到载荷不均匀，通常采用调平衡的方法来
减小对抽油装置的影响，但普遍存在平衡效果差，能耗高的问题。针对油田游梁式抽油机调平
衡过程中存在的问题，开展游梁式抽油机智能调平衡装置研究。在常规游梁式抽油机基础上，增加尾平衡梁，将原来的曲柄平衡方式改为曲柄与尾平衡梁的复合平衡方式，通过传感器监测
抽油机平衡率，控制系统根据平衡率给出平衡调整信号，控制驱动机构带动尾平衡梁向平衡块
移动，从而实现抽油机平衡自动调节功能。通过试验，抽油机电流平衡率为85%～100%，功率
平衡率为50%以上，改造后可节约8%～10%的能耗。
抽油机智能控制系统研制
载状 态 ， 运行 效 率 和功 率 因 数都 很 低 。其 主要 原 因 是 抽油 机载 荷特性 与普 通三 相异 步电动 机的工 作特 性 不匹 配 ， 过在 抽油机 上安 装变 频调速 器 ， 以实 通 可 现矢 量控 制 ， 根据抽 油 机 的特 性 自动 调 节 电动 机 的 输 出功 率 ， 高 了 系 统 的 功 率 因 数 （ 由原 来 的 提 可
Ｊ ＡＮＧ ｏ ． ＯＮＧ ｉ ｇ ． ＥＮＧ ａ ｇ—ｗｅ Ｉ Ｈａ Ｃ Ｊｎ Ｌ Ｘｉｎ ｉ
（ ． ｉ ａＵｎ ｖ ｒ ｉ ｆＰ ｔｏ ｅ ｍ （ １ Ｃｈ ｎ ｉ ｅ ｓｔ ｏ ｅ ｒ ｌｕ ｙ Ｈｕ ｄ ｎ ）Ｃ ｌ ｇ ｆＭ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｎ ｌ ｃｒｃ ｌ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ， ｎ ｙ ｎ ５ ０ １ Ｃｈ ｎ ； ａｏ ｇ ｏ ｌ ｅ ｏ ｃ ａ ｉａ ｄ Ｅ ｅ ｔ ｉａ ｅ ａ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｄｏ ｇ ｉｇ ２ ７ ６ ， ｉ ａ
ｏ ｌｏ ｐ ， ａ ｅ ｐ ｉ ｕｔ ｕｔ ｓ ｖ ｏｗｅ ｎｄ ｒ ｄｕ ｅ ｍｅ ｈａ ｉｍ ｈｒ — ｒａ ｅ ｃ ｃ ｎｓ ａ ａ ｓｏ ｍａ ｍ ｕ ｙ ｉｎ ｘｉ ｍｌ ．Ｗ ｉｈ ｔ ＧＰＳ，ｔ ｓ ｔ ｍ ｒ ａ ｉｅ ｈｅ ｙｓ ｅ ｅｌ ｄ ｚ
１ 系统 总体 方 案 设 计
般 都是 远离采 油小 队 ， 的路 途遥 远 ， 有 一旦 采油现 场 出现 电气 、 械和人 为等 故 障 ， 机 无法 及时获 取故 障信
抽油机井自动平衡改造方法及效果评价
游梁式抽油机运行过程中悬点负荷变化是不均 匀的，而且悬点运动的加速度和速度变化又加剧这 种不均匀性，传统平衡调整方式是调整平衡块在曲 柄上的位置，消除无用功，使电动机、减速箱的负 荷 变 化 均 匀[1]。 但 目 前 游 梁 、 曲 柄 平 衡 包 括 下 偏 杠 铃平衡均属于静态平衡，平衡块杠铃位置固定不 动 ， 导 致 其 力 臂 变 化 有 限 ， 平 衡 节 能 效 果 不 足 [2- 。 3] 通过自动平衡设计，实现抽油机运行过程中平衡重 力臂自动调节，动态平衡，使节能效果显著增强。
2） 抽 油 机 太 阳 能 储 能 自 动 平 衡 尾 游 梁 改 造 的 游标有效行程长，调节平衡度范围大。现场应用表 明，能有效改善抽油机井的平衡运行状况，有效降 低峰值扭矩，折算扭矩峰值比常规曲柄平衡能下降 40.7%。
3） 在 改 善 抽 油 机 平 衡 效 果 的 同 时 ， 该 技 术 起
3） 控 制 系 统 。 地 面 控 制 系 统 采 取 无 线 通 信 方 式发出的控制信号，控制游标配重的移动。
3 尾游梁受力分析
图 2 抽油机井太阳能储能自动平衡装置示意图
1） 尾 游 梁 。 尾 游 梁 由 尾 游 梁 主 体 和 游 标 组 成 ， 游 标 套 接 在 尾 游 梁 主 体 的 梁 体 上 [9-10]。 尾 游 梁 尾部设置配重块，用于调节超出游标运行范围以外 所需的平衡块重量及力矩。游标式尾游梁采取挂接 方式安装在游梁尾部，不用敷设任何电线电缆和传 感器。
浅谈抽油机节能及智能间抽控制
高 度 超 过 泵 时 ，就启 动 抽 油 机 ；当 液 面 降 到泵 的吸 入 口处 时 ，就关 闭抽 油 机 ，避免 空 抽 的 发 生 。 早 期 的 方 法 是 使 用 永 久 式 的 井 下 压 力 传 感 器 来 检 测 液 面 ， 现 代 则 是 利 用 声 波 装 置 从 地 面 上 自动 监 测 井 下 液 面深 度 ，但 是 ，由 于装 置 复 杂 ，维修 费
业量 。
部 的 液 柱 重 量 ， 并 且 使 抽 油 杆 柱 也 浸 没 在 液 体 中 ， 因而 光 杆 载 荷 只 是 杆 柱 在 液 体 中 的 浮 重 ，这 也 就 意 味 着 电 机 将 用 较 大 的 能 量 来 举 起 曲 柄 或 游 梁 尾 部 的 平 衡 块 的 重 量 才 能 将 杆 柱 送 人 井 底 ， 因 而 电 流 就 较 大 。在 下 冲程 时设 置 一 个 设 定 值 ， 当 发 生 空 抽 时 。 实 际 电 流 将 降 至 此 值 以 下 ，控制 器 就 关 闭 抽 油机 。也 可 通 过 电机 的 平 均 电 流 进 行 检 测 ，从 实 际 平 均 电 流 的 下 降 中也 可 很 容 易 地 鉴 别 出 空 抽 的 发 生 。但 是 ， 电流 的 检 测受 到 抽 油 机 配重 的 影响而使实 际的电机电流变得很难控制 ， 是 近 似 方 波 的 电 流 波 形 。 这 种 不 规 则 的 扭矩 （电流 ）曲线 ，只有 通 过 抽 油 机 的机 械 结 构 和 平 衡 曲 线 的 改 变 方 能 改 变 ，而 不是 通 过 电控 装 置 可 以实 现 的 ，因 此 ，这 是 一 个 机 电一 体 化 的系 统 工 程 问 题 。 ３． 抽 油杆 载荷 传感 器 ４ 普 遍 采 用 的 方 法 是 通 过 特 制 的 传 感 器 ，对抽油 机 的光杆 载荷进 行检测 ，因 为 ， 光 杆 载 荷 是 井 下 泵 运 行 情 况 的 最 好 监 视 器 ，并 且 它 不 受 平衡 配重 的影 响 。泵 的 充盈 系数 （ 括 空 抽 ）通 过 对 抽 油杆 载 包 荷 的 分 析 可 以很 容 易 地 被 检 测 出来 。 另 外 ，更 重要 的是 抽 油 杆 载荷 数 据 ，加 上抽 油 杆 位 置 的 信 息 ，正 是 分 析 井 下 工 况 的 “ 功 图” 的必 备数 据 ，利 用 这 些 信 息 可 示 对 抽 油机 的运 行 情况 进行 全 面 的分 析 。 在 光 杆 或 游 梁 上 安 装 测 力 传 感 器 可 以 测 出抽 油 杆 的 载 荷 数 据 。 光 杆 测 力 传 感 器 比较 准确 ，但 易 于 损 坏 ；安装 在 游 梁 上 的 传 感 器 准 确 度 比较 低 ，但 比较 耐 用 。 ３ ５ 间抽 控制 器 的优 点 和经济 效 益 ． ３ ５ １ 由于缩 短 了抽 油时 间 ，大 大减少 ．． 了能 量 消耗 。但 是 ，在 用 人工 控 制 和 定 时 自动 控制 间抽 时 ， 由于惟 恐 减 产 ，几乎 都 会 发 生 实 际 抽 油 时 问 比必 要 的 抽 油 时 间 长 的 情形 ，因而 不 能 完 全 避免 空 抽 。通 过 传 感 器 信 号 实 现 闭 环 控 制 的 智 能 问 抽 控 制 器 （ Ｐ０Ｃ ） Ｉ ，在 检测 到空 抽 时立 即关 闭 抽 油 机 ，避 免 了空 抽 的 发 生 ，平 均 可 多节 约 能量 ２ ０％ ～３ ０％ 。 ３ ５． 相 对 于人 工 间抽 和 定 时 间抽来 ． ２ 讲 ，智 能 间 抽 控 制 由 于 达 到 了较 低 的 平 均 液 面 ，增加 了产 量 。 因 为 ，较 低 的液 面 意 味 着 较 低 的井 底 流 压 ， 结 果 较 多 的 液 体 流 入 井底 ，通 常 可 增 产 １ ～４％ 。 ％ ３５ ３ 由于 消除 了液击现 象 ，可使井 下 ．．
抽油机井智能间抽控制技术及其方案解析
抽油机井智能间抽控制技术及其方案
北京金时公司单项技术介绍
1.间抽控制的优点
●缩短抽油时间，减少能量消耗。通常平均可节约能量20-30%。
●保持了较低的平均液面，意味着较低的井底流压，可使较多的液体流人井底。通常可增
加产量1-4%。
●井下和地面设备的维修费用减少25-30%。主要是消除了液击现象（此现象可大大增加
起油管作业量）。
●最后，使用抽空控制大大增加了系统性能信息的数量和可靠性。每口井的效率提高了，
从而有杆抽油系统的总经济效益也就大大提高了。（摘自石油工业出版社，“当代有杆泵抽油系统”，刘合/王广昀）
2.间抽控制方式
●人工控制方式；
●自动功图控制方式；
●自动液面控制方式；
●冲次调节的变频控制：在抽油井间抽控制的基础上，增加变频控制器，然后根据示功图
或液面深度得到的油井供液状况，自动调节油井的冲次，实现地层供液能力与抽出能力的最佳匹配。
3.自动功图间抽控制器
●原理：•通
过示功图的变化判断油井供液情况，决定抽油机的启停。
•自学习功能。在设定的初始间抽时间的基础上，根据示功图判断得到的油井供液情况，自动学习、逐步逼近油井的最佳间抽时间。油井供能力发生变化，也将及时自动调整间抽时间。
•可以预设最短抽油时间、最长停抽时间，防止稠油停抽时间长难以再次启动的问题。
并且由于采用角位移传感器，可以判断抽油机平衡块位置，使得抽油机的启动更加顺利。
●设备组成：
•井场RTU机柜，主要由RTU集成模块、开关电源、端子、机柜等构成。
•示功图采集一次仪表，主要由固定载荷变送器与角位移变送器构成。
•电机启停模块，检测1-3路电流、并且具有DI/DO端口，控制电机的启停。
基于智能控制法对抽油机井优化运行的研究
无 级调 速 。运用 智 能 控 制 可根 据 油 井 工 况 的变 化 ， 自动调 节抽 汲参 数 ， 实现抽 油机 井 的优 化运 行 Ｊ 。
本 文通 过对 抽油 机 井悬 点 载 荷 组 成 的分 析 ， 理 论 从 上 推导 出抽 油机 井 悬 点 载荷 与其 抽 汲 参 数 的关 系 ，
冲程 的改 变是 通过 改变 曲柄 销装 置在 曲柄上 的位 置
并 利用 电动 机变 频调 速 的方法 实现抽 油机 井抽 汲参 数 自动 调节 ， 使其 高效 运行 ， 现场 调节抽 油机 井 的 为 抽 汲参 数节 约 了大 量 的人 力 物 力 ， 现 了抽 油机 井 实
的智能 控制 。
ｔ ｎｃｎ ｉｏ ｓ ｅ ｃｅｓ ｇｙ Ｉ ｃ， ｅｃｎｄｔｒ ｉｅａｄａｊｓ ｔｅｗ ｒｉｇｃｎ ｉｏｓｏ ｐ ｍ ｉｇ ｉ ｏ ｄ ｉｎ ｌｉ ｒａｉ ｌ ｎｆ ｔ ｗ ａ ｅ ｍ ｎ ｎ ｄ ｔｈ ｏｋｎ ｏ ｄｔ ｎ ｆ ｕ ｐｎ ｏ ｔ ｗ ｌｎ ｎ ． ａ ｅ ｕ ｉ
１ 抽 油 机 井优 化 运 行 系统 流 程
收稿 日期 ２ １ ０ ０ ００— ４— ６ 修 订 稿 日期 ２１ ０ ０—０ ４—１ ６
作 者 简介 ： 慧 （９ ５～） 女 ， 士 ， 事 机 械 采 油 系 统 优 化 设 王 １８ ， 硕 从 计 方 面 的研 究 。
断和调 整抽 油机 井的工作 状 态 ， 使抽 油机 井达到供 采 平衡 ， 而达到 增效 节能 的 目的。 从
常规十型抽油机节能改造
【34%×（1-15%）】×85%=24.56%
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
P1-3
常规十型抽油机
确 定 目 标
改造后的十型抽油机
单机 日均耗电 281kW·h
单机 日均耗电 225kW·h
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
P1-4 常规抽油机电流大的原因分析
小组根据现状调 查的结果，召开了2 次现场讨论会，成 员用头脑风暴法对 常规抽油机电流大 的原因进行了分析， 并绘制出了关联图， 确定了七个末端因 素。
结论：非要因
2、 电动机性能差 常规十型抽油机使用功率为22KW的普通电动机， 其启动扭矩大、能耗高；近年来，随着电动机节能技 术的发展，节能抽油机普遍采用高转差电动机，节能 效果显著。
结论：要因
常规十型抽油机节能改造
P1计划阶段
3.曲柄平衡 单纯曲柄平衡的抽油 机运转扭大，扭矩曲线 剧烈波动 ，扭矩峰值高， 平衡效果差，决定了抽 油 机 能 耗 高 。
小
组
概
况
课题名称：常规十型抽油机节能改造
课题类型：攻关型
节 降
QC小组
成立时间： 2008.01
注册号：J08-01 受TQC教育： 人均80小时
能
活动次数：12次 活动时间： 2008.01-2009.12
耗
厨房抽油烟机的改进设计
抽油烟机排烟不畅等问题的改进
抽油烟机又称吸油烟机，是一种净化厨房环境的厨房电器。它安装在厨房健康节能吸油烟机炉灶上方，能将炉灶燃烧的废物和烹饪过程中产生的对人体有害的油烟迅速抽走，排出室外，减少污染，净化空气，并有防毒、防爆的安全保障作用。
抽油烟机的主要构成
抽油烟机主要有机壳、风道、风机、止回阀、集排油装置、照明装置、电源开关和电源线等构成。
1，机壳：有壳体和面板两部分组成，采用冷轧薄钢板表面喷塑处理而成，不仅外形光洁，美观不生锈，而且耐用度高和易于清洁；目前也比较流行采用钢化玻璃和不锈钢材料。
2，电机：电机是抽油烟机的核心部分，采用全封闭的单相电容运转式异步电动机；铁壳全封闭，电机轴承为双列滚珠轴承，绝缘等级为E极绝缘，启动电容的容量为4微法左右。
3，风轮：采用离心式风轮。其直径为220mm/240mm。有硅合金铝片冲压而成，经久耐用不变型，动平衡性能好。
4，风道：为烟气的通道，由冷轧薄钢板表面喷塑处理而成，风道结构的合理性决定了整个抽油烟机的排风量和噪音。
5，止回阀：采用塑料而成，作用是防止烟气倒灌。
6，集排烟装置：由集油盒、排烟管、集油杯和导油环构成。
7，照明装置：普通中世纪采用15~40W白炽螺口灯泡：欧式机、近吸式采用冷光源灯，外有一块可拆式的透明有机玻璃片，将灯具封闭起来，避免烹饪时油烟沾污和腐蚀灯具，保证电器安全。
8，电源开关：采用轻触式开关或机械开关控制工作状态。
抽油烟机工作原理
抽油烟机安装于炉灶上部，接通吸油烟机电源，驱动电机，使得风轮作高速旋转，使炉灶上方一定的空间范围内形成负压区，将室内的油烟气体吸入吸油烟机内部，油烟气体经过油网过滤，进行第一次油烟分离，然后进入烟机风道内部，通过叶轮的旋转对油烟气体进行第二次的油烟分离，风柜中的油烟受到离心力的作用，油雾凝集成油滴，通过油路收集到油杯，净化后的烟气最后沿固定的通路排出。
抽油机智能控制系统设计方案探讨
２ 油和 无油 的判 断 ．有
判断井 口是 否 出油 ，常用 的方法是 用经验 判
断 ，即抽油杆是否发热 、是否附有油膜 ，但不能形 成闭环控制。为此 ，系统中采用了工控机控制流量 开关 的方法。流量开关外壳是一个短节 ，串接在出
编者按 这篇文章 出自一位 ｑ学生之手 ，小作者能从数 学和物理的角度来思考油田生产 ｑ － －
的实际问题，并能提 出解决问题的初步思路 ，应属难能可贵的。鉴于此，特在本栏 目中刊发此 文，一方面藉此鼓励石油子弟热爱石油科技、勇于探 索石油装备技术难题的精神 ，另一方面也 希望本文能引起相关技术人员对抽油机节能运行控制问题的进一步讨论。
制的输出触点 ，左边 的电路模拟抽 油机抽油 的过 程 ，其优化控 制 的 目标为 Ｋ合上时间最短 ，在集 成块 ３ 脚获取的高电平时间最长。显然 ，通过这样 的实验验证电路检验控制系统后再用于实际的油井 中，将大大减少现场试验费用 。
４ ．软 件开发 可 采用 Ｂ ｒ ｎ ｅｐｉ ｏｌ ｄＤ ｌｈ６和 Ｍｉｏｏ ｉ ａ Ｂｓ ａ ｃ ｓｆＶｓ ｌ ａ－ ｒ ｔ ｕ
液位传感 器、Ａ Ｄ转换器 、Ｄ Ａ转换器 、工控机 、 ／ ／ ＡＡ Ｄ Ｍ输入输 出模块 、人机对话界面及 电动机控制 系统组成。系统采用工控机配接 Ａ Ａ Ｄ Ｍ输入输出模 块。控制电路为软件界面 ，操作界 面实 现可视化，
抽油机数字化控制技术_
抽油机数字化控制技术
随着现代化、信息化的不断发展，各个企业的生产规模也不断扩大，使得我国能源需求量与消耗量呈显著上升趋势。石油作为能源的重要组成部分，随着经济技术的不断发展，也不断发展，并逐渐形成了系统化的产业链。抽油机，作为石油工业中重要机械设备，也开始向数字化不断迈进，并逐渐实现了智能化操控，对于施工难度大、安装复杂工作的处理，具有显著优势。本文从数字化抽油机的系统结构出发，简述数字化抽油机控制技术。
标签：抽油机;数字化;数字化控制技术;采油工艺
引言：
市场经济不断发展，无论是我国的社会形势，还是国际化的经济格局，都处在动态变化之中。不断有新兴产业兴起。而石油作为基础能源，其需求随着企业规模及数据总量的扩大，不断增加。促使石油产业不断发展，技术更迭速度也逐渐增加。而现代信息技术的发展，使得石油产业也逐渐实现了自动化与数字化。利用先进的技术及设备，也使得石油开采工作的效率逐渐提升，为石油企业工作效率提升创造了坚实基础。
一、抽油机控制系统构成
数字化油田控制系统，主要包括变频器、平衡调节装置、传感器及终端控制等基础功能构建。变频器主要发挥电流调平作用，还可以控制抽油机的电机速度，进而控制其冲次。还可以使电机软启动。传感器则主要发挥数据收集功能，能够动态化的采集抽油机的工作数据，如载荷等。启停模块则主要对信息系统接收站下达的各项指令进行分析，从远程控制抽油机的启停。平衡装置同样控制抽油机的启停，但其主要针对的是平衡块力臂[1]。井口远程终端，则主要用于接收信息，并完成信息的传输。站控信息系统，是将信息收集后，进行数据分析的软件，还可计算出石油的最终产量。
抽油机井智能控制技术节能效果分析
杜航等：抽油机井智能控制技术节能效果分析第13卷第4期（2023-04）
我国油田在开采生产过程中，抽油机是采油的主要工具[1]，在机械采油设备中约占60%以上，但游梁式抽油机也是油田的耗能大户，以冀中南部饶阳凹陷大王庄油田为例，机采系统总耗电量约占总生产耗电量的56%，油田正常生产时开井380口，
其中功图呈供液不足的油井占开井比例的61%，应用超高转差率电动机的抽油机井占开井比例的90%，超高转差率电动机可实现“重载”减速增扭、“轻载”增速减扭，减小了启动电流，增加了启动扭矩，节省了装机容量[2]，但存在只能在固定
抽油机井智能控制技术节能效果分析
杜航
苗彦平
朱治国
邓明
王佳
牛忠晓
于伟
蒋孟芸
（中国石油华北油田分公司第三采油厂）
摘要：针对大王庄油田部分供液不足的抽油机井人工调参工作量大、能耗高、配套的超高转差率电动机只能在固定功率下运行、功率利用率低的问题，通过开展抽油机井智能控制技术研究，实现在产量不下降的前提下，自动调节冲次与电动机转矩，达到供采平衡、电动机转矩与负载合理匹配，该技术应用后抽油机电动机有功功率、无功功率下降明显，功率因数显著提升，综合节电率达20.52%，系统效率提高3.94%，取得了良好的综合经济效益，同时，该技术兼具软启动、安装操作方便、过载保护、缺相保护等优点，可实现全自动控制、无人值守、远程控制，具有广泛的推广价值和应用前景。
关键词：超高转差率电动机；转矩切换；冲次寻优；供采平衡DOI :10.3969/j.issn.2095-1493.2023.04.008
Analysis of energy conservation effect of intelligent control technology for pumping wells
《常规游梁式抽油机自动平衡改造方案及节能原理分析》
《常规游梁式抽油机自动平衡改造方案及
节能原理分析》
摘要。常规游梁式抽油机结构简单可靠、耐久性好，一直以来占据采油设备的主导地位，但其耗能高、制造成本高、平衡调节困难等不足日益突出。通过分析游梁式抽油机的节能原理以及开展抽油机平衡调整技术的研究，提出了以节能为目的的游梁辅助平衡方案，在此基础上提出了一种新型自动调节游梁平衡装置。该新型游梁式抽油机平衡调节装置对原机的改动小，通过配重块在配重横梁上的相对移动可以抵消部分驴头负载，实现不停机调节平衡从而起到节能作用。
关键词：游梁式抽油机；自动平衡；节能
doi：
10.16640/ki.37-1222/t.xx.12.056
0引言
据统计，我国在用抽油机井近9万口，年新机装备量5千余台，年耗电量105亿kwh，电费开支40余亿元。在采油成本不断上升而油价由于供求失衡等原因持续低迷的情况下，节能降耗、不断降低生产成本已成为采油行业的主题。当前抽油机的节能措施主要集中在以下三个方面：
一是将常规型游梁式抽油机分批进行节能改造，改造成前置式抽油机下偏杠铃抽油机等；
二是给常规型游梁式抽油机加装节能辅助平衡装置，实施节能改造；
三是在抽油机电控柜加装电容器，对电动机无功功率进行补偿。本文的节能方案属于第二种节能方法。这种方法相比第一种方法的优势在于，基本无需改变抽油机的自身结构，改造费用低，节能效果好。依据力矩平衡的原理，在游梁式抽油机的游梁上增加一个配重梁及合适的配重，由执行机构带动配重在游梁上移动，通过改变配重块在游梁上的位置来改善抽油机的平衡性。
1主要结构原理
智能间抽技术在油田的应用探究
智能间抽技术在油田的应用探究
发布时间：2021-03-26T11:58:27.527Z 来源：《中国科技信息》2021年3月作者：王雪松张艳玲符蓬波
[导读] 智能间抽技术原理的核心是闭环柔性控制技术。闭环柔性控制装置系统主要由工频运行组件、变频柔性运行组件、变频器、闭环控制器、柔性控制器及采集、通讯组件组成，应用闭环控制技术、柔性控制技术实现抽油机井的现场自动控制及低能耗长效运行，达到提高泵效及系统效率、改善工况、延长检泵周期的目的。
中石化胜利油田分公司东辛采油厂盐家采油管理区采油5站王雪松张艳玲符蓬波
摘要：智能间抽技术原理的核心是闭环柔性控制技术。闭环柔性控制装置系统主要由工频运行组件、变频柔性运行组件、变频器、闭环控制器、柔性控制器及采集、通讯组件组成，应用闭环控制技术、柔性控制技术实现抽油机井的现场自动控制及低能耗长效运行，达到提高泵效及系统效率、改善工况、延长检泵周期的目的。
关键词：智能间抽管理技术；供排关系；柔性控制技术
针对开发后期，大部分低产抽油机井高能耗、低效率、检泵周期短的问题，油区开展了智能间抽管理技术研究并进行现场应用，探索低产抽油机井的最优生产模式，有效改善了油区油井的供排关系，大幅提升泵效和节电率，为低液量油井提质增效提供了技术支撑。
1 研究背景
油区因处于开发后期，大部分抽油机井存在产液量低、间出严重的生产现状，油井生产过程中的高能耗、低效率、检泵周期短等问题日益突出。为解决这些问题，油区开展了智能间抽管理技术研究并进行现场应用，通过机器学习的方法探索单井生产规律，并结合井下泵充满程度的需要，优化单周期内悬点运行速度及加速度，改善系统运行受力条件，动态满足抽油机井的供排协调。最终实现对抽油机井的动态参数调整实施智能管控，达到提高泵效及系统效率、改善工况、延长检泵周期的目的。
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1.1.2 变频节能改造具体实施方案
变频器+制动电阻
该方案可有效提高电机的功率因素，让功率因素接近1，节能达到10~20%。根据负载大小的 变，调整电机运行速度可以有效节能。经过测量抽油机发电情况较小，可以通过制动电阻将 这部分电量消耗掉，让抽油机工作没有晃电现象污染电网。
变频器+制动电阻原理图
抽油机智能改造工程概述
目前共有机采井330口，占全厂总井数的65.8%，日产油2562t，产量占全厂的49.1%。其中抽 油机井310口，平均月调参约22井次。机采井管理已实现应用油井远程监控系统全覆盖，通 过井口数据采集、模块化RTU机箱及CDMA通讯技术为基础搭建，油井管理已实现功图、三 相电压、电流，上下行电流等参数的自动采集，不能实现远程安全操控，因此在抽油机启停 时需要巡检人员到达油井现场进行检查确认，没有达到减员增效的目的。本项目旨在尽快解 决井站异常情况下，实现远程安全操控抽油机的启停、刹车制动，远程调参、状态监测与自 诊断分析等功能，降低人员巡检频次，可实行故障巡检，减少用工总量，实现降低巡检人工 成本约36.54万元/月。 与采油厂现有信息化技术相结合，研究改造出一套具备在确保安全生产的情况下能自动采集 传输生产运行参数、自主分析判断提醒、可远程安全操控的智能化抽油机，彻底实现井站无 人值守或巡检，将机采井管理水平推向新台阶，实现生产安全、节能、环保、经济、高效、 智能。
1.2.2 刹车的机械及电气改造方案说明
根据游梁式机械结构与制动安全效果保障，电气刹车的改造方案为：在抽油机手动刹车的主 结构不改变的前提下，对拉杆执行部分进行改造（如刹车改造效果图）。增加一套电动拉杆 机构，同时将手动拉杆更换为经过特殊设计的活动拉杆。该结构优点在于手动刹车和电动刹 车在执行过程中相互独立，又能同时生效。
14型游 TK743 2.99 30.8 梁式抽 油机
TK887 -6.7 30.6
38.6
58.2
0.106
42.1 59.8
-0.213
最大功 电 率因数 压
(V)
0.738 414
0.703 420
电流 谐波 6.70%
4.50%
TK886 -2.01 23.8
900型 TK853 -14.2 28.9 皮带机
备注：14型游梁机的机构为双驴头抽油机，电机信息（重庆川江电机厂CJT-10C，电机功率
37KW、额定转速680rpm、额定电流78A)在运过程中发电情况很小，功率因数最大值约0.7左
右。
900型皮带机：电机信息（琦力电机YX3-200N-S，额定功率55KW、额定
电流102A、额定转速
980RPM、电压380V），在运行过程发电情况比较严重，功率因数在0.65左右。
1.2 油梁式抽油机刹车的改造 1.2.1 需求分析
采油三厂需要保留现有抽油机手动刹车装置功能，对抽油机刹车方式优化改进，实现远程自 动刹车功能。自动刹车要能实现远程选择停机位置（上死点、下死点、中间位置）。两套刹 车装置不能相互冲突，独立运行，设立现场操控和远程操控权限，避免出现手动刹车未松开， 远程可启机的情况出现。
16型游梁式式抽油机，采用变频器控制，功率因数约为0.99，存在轻微发电的情况。电流谐 波较大（未安装电抗器、滤波器等滤波装置）
1.1.7 抽油机进行改造前后对比
未改造前
变频改造
电机
传统异步电机 传统异步电机
控制器
无
变频器
刹车装置
手动刹车
手动+电气刹车
启动方式
工频启动
变频器软启
速度可调
否
是
数据采集传输 否
意科智能控制终端 EC603
柜体（宽*高*厚） 800*1750*600
断路器
T2 H 160TMD R125 FF 3P
接触器
A145 30 11
1.1.6 现场抽样测试电参数表
针对某地区采油三厂抽样测试6台抽油机电参数比较
机型
井号 最小功 最大功 最小电 最大电 最小功 率(KW) 率（KW） 流（A） 流（A） 率因数
1.1.3 电气柜内加装意科智能控制终端
对抽油机的数据进行采集、传输，实现远程控制； 智能电表能精确的反应抽油机系统的电功率、效率、电流、电压、谐波分析、功 率因素，并提供供电异常保护。
1.1.4 在柜内加装散热风扇、加热装置，适应更加wenku.baidu.com劣的环境。
0度以下，打开电加热装置，关闭排风扇，提高柜内温度； 0~20度，电加热装置与风扇同时关闭，柜内根据自身发热，保持柜内温度； 20~40度，电加热装置关闭，打开排风扇，调节柜内温度； 40~60度，打开排风扇，调节柜内温度，同时调节抽油速度，降低柜内发热总量；
60度以上，打开排风扇，关闭发热器件，保护柜内电气设备；
以上功能能有效保护柜内设备，使设备有效节能，适应恶劣的环境。
1.1.5 变频控制节能改造配置表（以37KW电机为例）：
名称
元件列表
变频器
0060 4T BA2K2
直流电抗器
0.9Mh 100A
输入电抗器
0.35mH 103A
制动电阻
20Ω*8000W
抽油机智能改造方案
（初稿）
目录
抽油机智能改造工程概 述 .........................................................................................................................................2 1 改造方 案 ...................................................................................................................................................................2 1.1 抽油机单机的节能改造（采用变频器技 术） ............................................................................................3 1.1.1 进行变频控制节能改造的优 点： .........................................................................................................3 1.1.2 变频节能改造具体实施方 案 .................................................................................................................4 1.1.3 电气柜内加装意科智能控制终 端 .........................................................................................................4 1.1.4 在柜内加装散热风扇、加热装置，适应更加恶劣的环境。 ...........................................................4 1.1.5 变频控制节能改造配置表（以37KW电机为例）： ..........................................................................5 1.1.6 现场抽样测试电参数 表 ..........................................................................................................................5 1.1.7 抽油机进行改造前后对 比......................................................................................................................6 1.2 油梁式抽油机刹车的改 造 ..............................................................................................................................7 1.2.1 需求分 析 ...................................................................................................................................................7 1.2.2 刹车的机械及电气改造方案说 明 .........................................................................................................7 1.3 抽油机的远程智能控 制 ..................................................................................................................................9 1.3.1 方案概 述 ...................................................................................................................................................9 1.3.2 远程智能控制系统实施方案说明 ...................................................................................................... 10 1.3.3 抽油机远程智能控制系统功能 .......................................................................................................... 12 2 改造后的效益预估 表............................................................................................................................................ 13
1 改造方案
根据抽油机的整体改造需求，从以下三点进行详细的研究分析： 抽油机单机的节能改造； 刹车问题的改进； 抽油机的远程控制；
1.1 抽油机单机的节能改造（采用变频器技术） 1.1.1 进行变频控制节能改造的优点：
以实现电机的软起动，减小启动冲击电流。
工变频启动电流比较图 变频控制可以对电机进行过载、短路、缺相等保护； 变频器控制可以在不停机的状态下，运行速度进行调整（简称调参）； 变频器控制可以改善电网侧的功率因数，由目前的0.4~0.75提高到0.99。
是
远程控制
否
是
启动转矩
100%
150%
电机保护
无
有
过压/欠压保护 无
有
谐波分析
无
有
电机风扇控制 无
电机振动
大
皮带振动控制 无
转矩限幅
无
超载/失载保护 无
防止空抽/干抽 无
刹车位置控制 人工调整
电机效率
85%
前端功率因数 0.4-0.7
抽油机地面效率 52%左右
有 小 有 是 有 有 自动位置刹车 90% 0.99 67%左右
46.1 61.8
55.8 66.3
-0.059 -0.299
0.689 0.576
419 1.60% 436 4.40%
TK879 -7.07 29.2
44.5
59.1
-0.215 0.675 422 3.70%
16型游 梁式变 频抽油 机
TP137X -0.26
26.75
4.18
38.1
-0.865 0.989 410 80%