北京超同步抽油机伺服控制系统

抽油机伺服控制系统（2009年1月）目录☆抽油机的原理----------3☆抽油机节能控制--------10☆抽油机伺服控制系统-----20☆抽油机控制系统的发展---20采油工业的发展自从100多年前，以燃烧石油制品为动力的机器诞生以来，对石油的需求量飞速增长，也为石油工业的发展提供了契机。最早提出“石油”一词的是公元977年中国北宋编著的《太平广记》。正式命名为“石油”是根据中国北宋杰出的科学家沈括（1031一1095）在所著《梦溪笔谈》中根据这种油《生于水际砂石，与泉水相杂，惘惘而出》而命名的。在“石油一词出现之前，国外称石油为”魔鬼的汗珠“、”发光的水“等，中国称”石脂水“、”猛火油“、”石漆“等。◆世界（我国）上第一口石油井，第一个炼油厂于1907在陕西延长建成。抽油机的原理采油工业的发展自从1950发现大庆油田以来，我国在过去的50年里不断发现并开发了胜利、辽河等十几个大型油气田，为我国的石油工业作出了巨大的贡献。我国主要油田及其分部抽油机的原理序号名称地点建成时间范围1大庆油田大庆(黑龙江）1963哈尔滨、齐齐哈尔市之间2胜利油田东营（山东）东营、滨洲、德洲、济南、潍坊、淄博、聊城、烟台3辽河油田盘锦（辽宁）兴隆台、曙光、欢喜岭、锦州、高升、沈阳、茨榆坨、冷家、科尔沁4克拉玛依油田克拉玛依(新疆）准噶尔盆地、塔里木盆地我国主要油田及其分部抽油机的原理序号名称地点建成时间范围5四川油田（四川）四川盆地，我国第一大气田6华北油田任丘（河北）1975年京、冀、晋、蒙7大港油田大港区(天津）大港探区及新疆尤尔都斯盆地8中原油田濮阳(河南)1975年河南省濮阳地区9吉林油田扶余（吉林）扶余、新民10河南油田南阳（河南）南阳、驻马店、平顶山11长庆油田西安（陕西）1970年陕甘宁盆地12江汉油田潜江（湖北）潜江、荆沙、广饶县（山东）、衡阳市13江苏油田扬州、盐城、淮阴、镇江14青海油田青海省西北部柴达木盆地我国主要油田及其分部抽油机的原理序号名称地点建成时间范围15塔里木油田塔里木(新疆）1988年新疆南部的塔里木盆地16吐哈油田吐鲁番(新疆）1995年新疆吐鲁番、哈密盆地境内17玉门油田玉门（甘肃）1939年甘肃玉门市境内18滇黔桂油田百色、赤水、楚雄19冀东油田唐海（河北）唐山、秦皇岛、唐海20海洋石油南海东部公司1983年南海东部东经113°10′以东、面积约13.1万平方公里海域抽油机的原理采油技术的发展－－四次采油技术随着人类的发展，社会的进步，科学技术的迅速发展，人们对石油及以石油为原料的产品的开发和需求日益旺盛，作为战略性能源，有限的石油资源得到全世界的重视。随着石油储量的减少，如何开采有限的石油资源，得到人们的关注，使得采油技术不断地发展进步。【一次采油】由于地壳压力作用，原有从地下自动喷出，也叫自喷井。【二次采油】向地下注入高压水（≧30MPa)，增加地下油层压力，提高出油量。普遍采用典型设备－－注水站【三次采油】向地下注入高压水蒸汽（≧30MPa)，促进稠油流动。－－注汽站【四次采油】向地下注入聚苯化合物，融解固体原油。－－注聚站抽油机的原理抽油机的发展随着石油工业迅速发展，抽油设备作为原有生产的关键设备，得到了广泛的重视和发展。特别是近30年，对采油设备的效率，节能的研究不断深入，抽油机及其控制技术得到了迅猛发展，新兴的电机技术、控制技术、电力电子技术等前沿技术在抽油机上得到了普遍应用。◆世界上第一台抽油机机于1900年在美国诞生◆世界上第一台立式抽油机于1950年在大庆诞生◆我国第一台游梁式抽油机于1960年在大庆诞生◆我国第一个抽油机厂于1950年在大庆建成抽油机的原理抽油机的分类抽油机的种类繁多，产品有数百种。抽油机有杆类油杆往复运动油杆旋转运动游梁式抽油机立式抽油机电动潜油螺杆泵无杆类电动潜油离心泵水力活塞泵气举采油设备游梁式抽油机竖井系统示意图抽油机的原理游梁式抽油机电控箱抽油泵抽油杆柱抽油机的原理游梁式抽油机构成电动机减速箱四连杆机构曲柄连杆游梁机械抱闸驴头抽油泵的构成抽油机的原理2泵筒3柱塞4排出阀1吸入阀1234套管油管抽油杆出油口功能从井下吸入原油，通过抽油杆提出地面。常用术语【冲次】抽油杆上下往复运动一次，称为一个冲次。【冲次数】抽油机在1分钟内完成的冲次数量，即为冲次数。【冲程】抽油杆的最大行程，叫做冲程。【上冲程】抽油杆由最下端运动到的最上端，叫做上冲程。【下冲程】抽油杆由最上端运动到的最下端，叫做下冲程。【充满系数】抽油泵的充油量与泵的额定容量之比，叫做充满系数。【泵效】抽油泵的实际出油量与泵的额定出油量之比，叫做泵效。【出油量】单口井24小时的出油量总和，叫做出油量，单位，立方米。抽油机的原理抽油机（泵）的工作过程抽油机的原理▲排出阀关闭▲抽油杆泵带动塞向上运动▲原油从油管向上被提出油管▲吸入阀打开，泵外原油被压进泵筒出油停止出油上冲程上冲程极限抽油杆向上运动到最大行程油管停止出油吸入阀关闭，泵外原油停止进入泵筒充油结束21抽油机的原理抽油机（泵）的工作过程▼排出阀打开，原油通过排出阀由活塞下方进入活塞上方下冲程下冲程极限抽油杆向下运动到最大行程排出阀关闭，原油完全转移到活塞上方34抽油机的原理抽油机（泵）的工作过程分析关键过程♥出油过程但出油多少，取决于充油多少。上冲程♥充油过程充油多少，取决于油面高度地下压力流体粘稠度上冲程速度活塞及排出阀的泄漏程度抽油机的原理抽油机（泵）的工作过程分析♥油位转换过程将原油从活塞下方转移到活塞上方转换快慢，取决于下冲程速度下冲程越快，转换越快结论下冲程在理想状态下，上冲程越慢，越有利于油泵充油，下冲程越快，转换越快即：减慢上冲程，加快下冲程，有力于提高泵效，提高产量。游梁式抽油机工作原理抽油机的原理电动机电动机通过皮带带动减速机运转曲轴曲轴带动连杆做上下运动减速机减速机带动曲轴做圆周运动连杆连杆带动游梁在支架上摆动游梁游梁带动驴头做上下圆弧运动驴头驴头带动抽油杆做上下垂直运动立式抽油机工作原理其工作原理是：电动机通过皮带带动齿轮减速器，减速后带动主动链轮作连续定向转动、主动链轮带动封闭链轮和循环轴循环运行，循环轴的上下分别连接着两条钢丝绳、一条通过天轮与光杆上的悬绳器相连、另一条通过地轮和小天轮与平衡箱相连。循环轴上下循环运动的同时带动抽油杆上下往返运动，从而实现开采作业的主要功能。抽油机的原理螺杆泵式抽油机工作原理螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。中间螺杆为主动螺杆，由原动机带动回转，两边的螺杆为从动螺杆，随主动螺杆作反向旋转。主、从动螺杆的螺纹均为双头螺纹。由于各螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的紧密配合，在泵的吸入口和排出口之间，就会被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，将封闭在各空间中的液体不断排出，犹如一螺母在螺纹回转时被不断向前推进的情形那样，这就是螺杆泵的基本工作原理。抽油机的原理电潜离心泵抽油机工作原理电潜离心泵抽油机依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。由于的作用液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能和压力能都得到增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去，这时，叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸水池中的液体在液面压力（大气压）的作用下，被压入叶轮的进口，于是，着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体。抽油机的原理抽油机的节能控制☆抽油机的基本控制☆抽油机的节能控制☆抽油机的变频控制抽油机常用电动机随着电机制造业的发展，抽油机用电动机先后经历了从直流到交流，从异步到同步的过程，目前国内常用抽油机电机列表如下：(负荷率为0.40)抽油机的基本控制序号电机名称系统增效(%)适用抽油机效率(%)功率因数起动性能1Y系列电机0立式.游梁式880.60差2电磁调速电机18游梁式900.83较好3双速电机0游梁式900.80较好4高转差电机15游梁式800.85好5变频调速电机20游梁式891.00好6永磁同步电机0游梁式950.90差7开关磁阻电机15游梁式900.83好传统抽油机控制电路抽油机的基本控制功能：完成抽油机的起停控制RST电磁接触器M过载继电器起动按钮停止按钮空气断路器具有远程监控的抽油机控制系统抽油机的基本控制RST电磁接触器M过载继电器电源状态井台信号采集箱空气断路器A运转状态故障型号运行电流监控室信号接收器功能：可以完成对抽油机运转状态的远程监控游梁式抽油机的传统冲次/冲程调节抽油机的基本控制减速机带轮电机带轮方法改变电机带轮和减速机带轮的直径，使加速比发生变化，从而实现冲次调节。方法更换带轮不方便，且减速比可调范围有限，比之不易调配。问题冲次调节冲程调节上冲程速度下冲程速度不可调节游梁式抽油机配重的调节抽油机的基本控制使配种产生的力矩与抽油杆产生的力矩基本平衡，减少发电运行，提高电动机的功率因数。目的方法调节配重在曲柄上的位置，使抽油机视在功率达到最小为宜。问题配重严重失衡会导致◆抽油机起动困难◆功率因数很低◆机械冲击加大配重曲柄?功率检测需专用设备。?配重调整难度大。!间抽节能控制(IPOC)－－间歇性开起抽油机，实现节能抽油机的节能控制原因◐抽油机的设计和选型留有设计余量。◐井中液面逐渐下降，泵的充满度越来越不足。◐液量不足发生空抽的现象方法▶当油井出液量不足或发生空抽时,关闭抽油机。▶当井下液量的蓄积到一定深度时，再开起抽油机。结果☺提高了抽油机的工作效率，避免了大量的电能浪费充液不足实现〖手动控制〗根据出液量，人工手动起/停抽油机。〖自动控制〗使用间抽控制器，根据液面传感器或流量传感器、电流传感器、油杆负荷传感器信号，自动起/停抽油机。降压节能控制－－降低抽油机的供电电压，提高功率因数，实现节能抽油机的节能控制原理▩抽油机电机的设计和选型留有设计余量。▩油井的产液量减少，电动机的负荷减少。▩大部分抽油机的负荷只有20～30％，最高不超过50％。▩电动机轻载运行时，效率和功率因数低。▩降低电动机供电电压，减小励磁电流，降低铁损和无功功率，提高电动机效率和功率因数。方法1.△/Y切换供电，△接时电机的相电压为380V，Y接时电机的相电压为220V。2.使用可控硅移相减压软起动器。为保证足够起动运行扭矩，应保证◆全压起动，降压运行◆运行电压不宜过低!无功补偿节能装置－－在电动机上并联电容器，提高功率因数，实现节能抽油机的节能控制原理▩抽油机电机的功率因数较低，一般只有0.1~0.3。▩在电动机上并联补偿电热器，为电机提供无功功率，有功功率由电网提供。▩电网功率因数提高，使整个供电线路的容量及线路损耗、变压器容量减少。▩电网质量提高方法MRST将合适容量的无功补偿电容并联安装在电动机的进线端合理补偿，功率因数可达0.9以上提高功率因数，对节能的贡献有限≤3％◆只节省了线路上的铜损，电机无功损耗依然存在◆改善电网的质量，对电网的贡献更大!CCC变频控制原理－－用变频器调节电动机转速，实现对冲程、充次的无级调节，并可节能抽油机的变频控制原理框图电源输入M抽油杆位置检测起/停控制冲次冲程调节变频器可编程控制器制动单元变频器接线图抽油机的变频控制电源输入M可编程控制器制动电阻制动单元K1K2K3MCCB变频器运转RSTUVWPN冲程控制变频器故障!当变频器故障时，抽油机可切换到工频运行变频控制分析抽油机的变频控制优点1冲程、冲次无级可调◆解决了低产井，抽油泵充液不足，依靠间抽的问题◆冲程调节，提高泵效，节能明显优点2提高电网的功率因数◆电网功率因数可提高到0.9以上◆减少电网的无功损耗，具有一定的节能效果优点3抽油机实现了软起动/软停止◆减少了抽油机起停示的机械冲击◆减少对电网的冲击变频控制分析抽油机的变频控制问题1自动化程度低◆尽管系统里设计了可编程控制器（PLC），单无法实现冲程/冲次的自动调节◆人工调节，很难达到控制最优化!问题2控制系统结构复杂◆系统里设计的可编程控制器（PLC），功能单一，但必须配置◆需安装两个油杆