抽油机智能控制系统的研究

有杆抽油系统智能控制系统

第26卷　增　刊　　　陕西师范大学学报(自然科学版)　　

　1998年12月JournalofShaanxiNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.26　Sup.Dec.1998　抽油机智能控制系统的研究

倪振文

(西安石油学院机械系,西安710065;作者,男,34岁,工程师)

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,使其智能化.

通过变频调速器,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,并进行抽空控制.现场应用表明,抽油机使用智能控制系统可达到增产、节能、自控的目的.

关键词　智能化;变频调速;冲次

分类号　TP271

有杆抽油是原油生产的主要方式,但是,目前的抽油系统普遍存在着效率低、能耗大、自控程度差等问题,难以适应越来越复杂的油藏开采.智能化抽油系统是改造现有的游梁式抽油机,使现有的游梁式抽油机实现智能化控制,可以较好的解决这些问题.系统控制框图如图1所示.该系统利用变频调速器(变频器)和可编程控制器(PLC)调节电动机转速,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,并使电机负载电源按负载工况得到控制以达到节能、调速、增产的目的.利用PLC、变频器对抽油系统进行闭环控制,可实现采油过程的自动化控制.智能控制装置有以下主要功能:

(1)低速轻载起动.(2)抽油机冲次及上下冲程的速比可实现无级调节.(3)根据油井井况进行抽空控制,并自动调节抽汲参数.(4)具有电机过流保护、过压保护等多种保护功能.(5)节能、增产效果明显.

1　智能控制系统的硬件控制原理

1.1　变频调速器在系统中的控制原理

[1],交流电动机的转速公式为:n=p

式中:f为电源频率;p为电动机的磁极对数;s为转差率.

根据公式可知,电机的转速和输入电流的频率成正比,当改变是电流频率时,旋转磁场的转速将随之改变,因而转子转速也随之改变,达到电机调速的目的.变频调速器的原理简图如图2所示,它由整流器和逆变器组成.整流器先将50Hz的交流电变为直流电,再由逆变器变换为频率可调、电流有效值也可调的三相交流电,供给电动机.用这种方法调速,特性较硬,调速范围大,是异步电机的一种比较合理的调速方法,也是一种很有发展前途的调速方法[2,3].

本系统选用日本富士公司生产FRENIC5000P730kW变频调速器,本变频调速器可以根据抽油系统工况方便的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:

有杆抽油系统智能控制系统

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出频率、输出电流、输出电压、故障数据等参数

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　　　图1　抽油机智能控制系统框图　　　　　　　　图2　变频调速器原理图

此外,变频器还具有完善可靠的保护功能,如过电压保护、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,能适合油田使用要求.

1.2　可编程控制器

可编程控制器(PLC)是随着计算技术的发展而发展起来的一种新型工业通用控制器.它可以借助工程技术人员非常熟悉的继电器梯形图进行程序设计,以满足不同设备多变的控制要求,因而具有极大的通用性.PLC具有备件控制、限时控制、计数控制、数据处理、A/D及D/

A、通信和联网等功能.

智能化抽油系统控制装置中,作者采用的PLC是美国ME公司生产IPL1612-200型可编程控制器,它具有12个输入点、12个输出点,可与变频器的控制端、抽油机的传感器等连接,以沟通外部系统和内部系统.通过PLC的串口,用微机装入根据每口井况编制的管理程序,它将根据输入信息进行实时控制.在智能化抽油系统运行过程中,PLC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,经过PLC程序处理后输出控制信号,用来控制变频器的输出电压和上下冲程的输出频率,达到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.目前油田广泛应用的抽油机,虽然都用平衡块进行了平衡调整,但是在每个冲程中总有一小段时间电机取负功率,也就是说电动机处于发电状态,在这一小段时间机械能转换为电能,而使用变频调速器和直接把电动机接向供电线路不同,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,变频器的直流母线上就会形成过电压,使变频器不能正常工作,处理这个问题有以下两种办法:(1)使用泄放电阻把负功率消耗掉.(2)增加一个辅助逆变器把负功率送回供电线路.考虑到第1种方法设备简单,费用低,故采用上述第1种办法做负功率处理部件.

2　智能控制

抽油井智控制要求的目标主要有:(1)安排一定的抽油井工作制度,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,必要时自动停油.

有杆抽油系统智能控制系统

　　增　刊　　　　　　　　　　　倪振文:抽油机智能控制系统的研究　　　　　　　　　　　　　　103液击.液击是造成井下事故的主要原因,防止液击的有效方法之一是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.智能化抽油机闭环控制系统是根据电机输出功率和泵充满度的关系来实现闭环控制的.

如图1所示,可编程控制器接收功率变换器发送来的信号,PLC将信号处理后给出相应的输出信号到变频器,通过变频器控制电动机的转速,从而实现对抽油机的控制.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抽,延时一定时间,以使动液面回升,再以较高冲次起抽.以此循环来实现闭环控制.

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

3　油田现场应用

从1995年开始,作者应用抽油机智能控制系统先后改造成功了新疆油田采油一厂的H4070,H6180,0211,5434井,1998年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.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,每井年均增产原油160t,平均节能9.16%.

现场应用结果表明,利用抽油机智能控制系统对游梁式抽油机进行智能化改造,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.现场应用结果表明,该系统控制原理正确,达到了增产、节能、自控的目的.

参　考　文　献

1李发海,王岩.电机与拖动基础.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.北京:中国轻工业出版社,1991.233

3秦曾皇.电工学.北京:高等教育出版社,1995.343

4崔振华,余国安.有杆抽油系统.北京:石油工业出版社.1994.140～158

〔责任编辑　李乃英〕

Researchofintellectivecontrolsystemofpumpingunit

NiZhenwen

(DepartmentofMechanicsEngineering,Xi′anPetroleumInstitute,710062Xi′an,PRC)eofvariablefrequencyequipmentandprogramcontrolleradjustsstroketimesperminuteandratioofup-strokevelocitytove-locitydown-strokevelocity,eofthisintellective …… 此处隐藏：1915字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……