鄭嚴(yán)

摘 要：天平游梁式抽油機(jī)的驅(qū)動電機(jī)是采用新型材料和先進(jìn)加工技術(shù)制造的高性能永磁同步電動機(jī)，同時基于變頻器控制系統(tǒng)，采用先進(jìn)的電氣控制技術(shù)，對電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，可適時調(diào)整電動機(jī)的速度和出力，優(yōu)化抽油機(jī)的工作狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：永磁同步電動機(jī)；變頻器；天平游梁式抽油機(jī)

1 天平游梁式抽油機(jī)簡介

游梁式抽油機(jī)在我國石油機(jī)械中占有主導(dǎo)地位，經(jīng)過多年來的改進(jìn)創(chuàng)新，抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和控制方式都發(fā)生了巨大的改變。天平游梁式抽油機(jī)除去普通游梁式抽油機(jī)的齒輪減速結(jié)構(gòu)，用底座上的支架來連接游梁和前后驢頭，利用工作驢頭和配重驢頭重量對稱的平衡方式取代了普通游梁式抽油機(jī)離心力的平衡方式。天平游梁式抽油機(jī)工作時，電動機(jī)通過皮帶把動力傳遞給驅(qū)動輪，使驅(qū)動輪上的驅(qū)動繩移動，從而帶動抽油桿上下運(yùn)動，完成抽油過程。由于天平游梁式抽油機(jī)采用對稱平衡方式，所以電動機(jī)的動力只需要克服機(jī)械摩擦力即可，使得電動機(jī)的輸出功率變小，效率得到提高。

基于機(jī)械部分的改進(jìn)，天平游梁式抽油機(jī)采用了新型材料及先進(jìn)加工技術(shù)制造的特種電動機(jī)——永磁同步電動機(jī)。根據(jù)各油田區(qū)塊的地質(zhì)條件，永磁同步電動機(jī)通過變頻器控制系統(tǒng)，可任意調(diào)整抽油機(jī)的沖程和沖次，可適時調(diào)整電動機(jī)的運(yùn)行速度和輸出功率，提高抽油泵的抽汲量，提高采收率。

2 永磁同步電動機(jī)

普通游梁式抽油機(jī)是采用三相交流異步電動機(jī)做為動力裝置，由曲柄連桿機(jī)構(gòu)把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為抽油桿的上下往復(fù)運(yùn)動。這一過程需要曲柄連桿機(jī)構(gòu)和井口的一整套裝置來完成，增加了生產(chǎn)成本且耗能較大。雖然異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)實(shí)耐用等特點(diǎn)，但其效率低，耗電量大，網(wǎng)損大等問題也逐漸被引起重視，各種新型電動機(jī)的開發(fā)及應(yīng)用已成為亟待解決的問題。

抽油機(jī)想要實(shí)現(xiàn)直接的上下往復(fù)驅(qū)動形式，就要有高性能的電動機(jī)。經(jīng)過多年的研究證明，永磁同步電動機(jī)可以做為天平游梁式抽油機(jī)的驅(qū)動部件。因為永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子由永磁體制成，它用永磁體代替電勵磁同步電動機(jī)的勵磁繞組，永磁體的固有特性，使它不再需要外加任何能量就能在其周圍產(chǎn)生強(qiáng)磁場，這使得電動機(jī)結(jié)構(gòu)相對簡單，降低了加工和裝配費(fèi)用，在降低生產(chǎn)成本的同時也提高了可靠性。新型永磁體具有高矯頑力和高磁能積，使得永磁同步電動機(jī)性能穩(wěn)定性好、節(jié)能效果明顯?；谔炱接瘟菏匠橛蜋C(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的平衡技術(shù)，也使得電動機(jī)在抽油桿的上下行程中輸出功率均衡，提高了電動機(jī)的效率。

3 天平游梁式抽油機(jī)的電氣控制系統(tǒng)

天平游梁式抽油機(jī)應(yīng)用變頻器控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對永磁同步電動機(jī)的控制。針對地下油層的含水率與粘稠度等實(shí)際情況、針對抽油桿運(yùn)行過程中受到?jīng)_擊力變形的問題、針對提高抽油泵抽汲度增產(chǎn)增效的問題，我們要研究相應(yīng)的控制方案，設(shè)置好變頻器參數(shù)，用變頻器來適時控制永磁同步電動機(jī)的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)對抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制和調(diào)節(jié)，提高產(chǎn)量，增加效益。

天平游梁式抽油機(jī)控制系統(tǒng)由一臺變頻器和一塊控制板組成，控制板上有一整套與變頻器相連的控制線路?？刂瓢褰邮盏匠橛蜋C(jī)上電氣設(shè)備所發(fā)出的電信號后，輸出相應(yīng)的驅(qū)動信號給驅(qū)動組件（即變頻器），變頻器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)輸出相應(yīng)的指令，完成相對應(yīng)的控制過程。油田工作人員只需要根據(jù)油田實(shí)際情況來設(shè)置變頻器參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)對永磁同步電動機(jī)的控制，達(dá)到油田生產(chǎn)的要求。

4 天平游梁式抽油機(jī)的電氣控制方案

隨著專用變頻器種類的增加，隨著變頻器可接收控制信號的增多，變頻技術(shù)日趨成熟，電動機(jī)控制方案日趨合理先進(jìn)。

4.1 沖次調(diào)節(jié)

在采油過程中，工作人員可根據(jù)每口油井的供液情況分別設(shè)置變頻器的參數(shù)值，調(diào)整永磁同步電動機(jī)的運(yùn)行速度，繼而調(diào)整抽油桿的運(yùn)行速度，增加抽油泵的抽汲量，提高工作效率。

4.2 上下行程運(yùn)行方向控制

天平游梁式抽油機(jī)安裝有上、下行程的限位開關(guān)，由上、下限位開關(guān)將控制信號送給控制板，控制板將信號處理后送給變頻器，由變頻器控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)抽油桿的上下行程的換向。

4.3 運(yùn)行速度控制與運(yùn)行曲線設(shè)定

要實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)增產(chǎn)增效的目的，首要問題是要增加抽油泵的工作效率，要在抽油泵下行過程中適當(dāng)降低運(yùn)行速度，增加運(yùn)行時間，保證泵的充液量。并且在上行程中設(shè)定合理的間停時間，保證泵閥能完全關(guān)閉，減少回流量。

可以在抽油機(jī)上、下行程及換向過程中，通過變頻器設(shè)定永磁同步電動機(jī)多個時段的運(yùn)行速度，使抽油機(jī)的換向過渡平穩(wěn)且無沖擊，減小了對抽油桿機(jī)械應(yīng)力損傷。同時，由于換向平穩(wěn)，使抽油桿的變形量得到恢復(fù)，相對增加了有效沖程，提高了泵效。

利用變頻器的參數(shù)可以設(shè)定驅(qū)動器在啟動加速時作無沖擊性緩啟動；可以調(diào)整變頻器的電機(jī)啟動運(yùn)行后的加減速時間，獲得最好的電機(jī)運(yùn)行速度曲線；可以應(yīng)用曲線指令的設(shè)定改變電機(jī)的運(yùn)行平滑度。

5 結(jié)束語

開發(fā)研究新型技術(shù)，節(jié)能降耗，挖潛增效是油田開發(fā)的主題。天平游梁式抽油機(jī)的電氣系統(tǒng)設(shè)計合理，技術(shù)先進(jìn)，節(jié)能效果明顯，應(yīng)用前景廣闊。

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