抽油机智能改造方案
智能化抽油节能测控系统设计
智能化抽油节能测控系统设计发布时间：2021-10-22T07:12:29.494Z 来源：《基层建设》2021年第20期作者：郭保1 昋红霞2 王玉莲2[导读] 摘要：目前节能技术主要从节能电机的匹配、无功补偿、抽油机平衡调整、变频控制系统改造、降低运行负荷等方面着手，但低渗透油田典型的低产液特性限制了常规节能改造技术，常规节能改造技术的特点是吨液能耗高、系统效率低，不能有效解决油泵空抽造成的电能浪费问题。
1长庆油田分公司第一采油厂测试实验大队陕西延安 717502；2长庆油田分公司第一采油厂侯市作业区陕西延安 717502摘要：目前节能技术主要从节能电机的匹配、无功补偿、抽油机平衡调整、变频控制系统改造、降低运行负荷等方面着手，但低渗透油田典型的低产液特性限制了常规节能改造技术，常规节能改造技术的特点是吨液能耗高、系统效率低，不能有效解决油泵空抽造成的电能浪费问题。
针对这些问题，为了提高抽油机的举升效率，降低能耗，该研究通过数据采集、分析和综合应用，形成了一套智能节能抽油机测控系统，实现了抽油机的优化控制、状态监测和故障诊断。
关键词：空抽；测控系统；节能；智能化由于油层开发整体不断趋向老龄化，抽油机抽汲能力远大于油井的渗透能力，油泵空抽及其造成的电能大量浪费、抽油机寿命缩短问题持续恶化，严重时破坏井下地质结构及原油压力平衡，致使油井提前枯竭。
同时，油田现场还存在抽油机系统状态监控及故障诊断实时性差、可靠性低等问题。
这不仅危害采油生产安全，降低油田生产能力，给国家和油田企业带来巨大经济损失，也给油田企业及社会的稳定与和谐发展造成严重影响。
1 系统结构测控系统由后台ＰＣ、以数字信号处理器和单片机结构为核心的智能测控装置和ＧＰＲＳ通信模块组成。
上位机采用ＰＣ作为整个系统的高层管理设备，实时监测和管理单台或多台抽油机的工作过程，实现诸如数据存储、查询、分类统计、实时保护、实时报警、信息查询等功能。
同时工作人员可以通过后台ＰＣ对抽油机发出控制指令，实现抽油机的远程启、停控制。
抽油机井自动平衡改造方法及效果评价
为保证改造尾游梁受力均匀以及改造部位强 度，对尾游梁进行强度校核计算。在额定扭矩及电 动机自身重力作用下，在尾游梁自身重力以及游标 平衡重作用下，最大应力发生在尾游梁根部 （与游 梁 连 接 处）， 最 大 应 力 为 113.7 MPa， 按 照 屈 服 强 度 830 计 算 ， 安 全 系 数 7.29 （830/113.7）， 变 形 量 极 小，满足强度要求，改造后也不会改变常规游梁使 用强度。
图 4 2#井太阳能储能型自动平衡改造效果曲线
5 结论
1） 抽 油 机 太 阳 能 储 能 自 动 平 衡 尾 游 梁 改 造 ， 依靠太阳能控制配重游标，可实现抽油机在每个冲 程内的动态平衡调整，能够极大改善无法满足平衡 条件的老旧抽油机的运行需求。改造成本低，运行 可靠，可作为今后油田开展碳中和节能的有效方式 之一。
石油石化节能
35
worthy of popularization and application in the oilfield system. Keywords: mixed magnetic synchronous motor；oilfield system；production practice；power saving technology
2 结构设计
太阳能储能自动平衡尾游梁装置由尾游梁和地 面控制系统组成。其中尾游梁可采取悬挂的方式固 定在抽油机游梁尾部，负责实现自动平衡功能的太 阳能游标均安装在尾游梁上 （图 2）。
太阳能游标两侧设置太阳能电池板。蓄电池采用 2 块 12 V、50 Ah 串联组成，电压为 24 V 直流电源。 电 动 机 为 24 V、 120 W 低 速 大 扭 矩 无 刷 直 流 电 动 机。游标两端分别安装限位开关，游标触发限位开 关后停止动作，实现可靠的限位保护功能。
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。
●扩展功能：• PDA手操器，读取数据与设置RTU。
•增加数传电台或GPRS模块，即可实现数据的实时远程传输，并可实现远程启停控制与间抽方案调整，以及通过控制中心设定间抽参数，监控间抽状况，实现控制中心人工干预。
4.自动液面间抽控制器●原理：•直接检测套管空间液面的高度，并根据设定允许液面的最高与最低高度，控制抽油机的启停，实现间抽。
冀东油田抽油机装“智慧大脑”
冀东油田抽油机装“智慧大脑”前不久，冀东油田首批15口智能控制实验井已稳定运行半年，在日产液量不变的情况下，平均泵效提高14.2个百分点，系统效率提高5.4个百分点，单井平均节电率达32.3%。
冀东油田机采井中低液量井的比例较高，产液波动大，对这类油井实时分析与调整控制的难度大。
冀东油田钻采工艺研究院技术人员在充分调研的基础上，积极开展抽油机井智能控制技术攻关，制定基于井口实时量油和电机输出参数控制的智能调整方案。
这个方案以油井产液量为目标，依据油井供液变化实现抽油机井抽吸参数的自动调整。
同时，变电动机匀速运行为随载荷变化而变转速、变功率，有效延长冲程周期内抽油泵的进液时间，缩短提液时间，进而达到提高泵效、降低运行能耗的目的。
2017年12月，技术人员顺利完成首批15口井的智能控制系统安装调试。
经过半年运行和阶段效果评价，单井百米吨液能耗平均减少0.6千瓦时，节电32.3%。
在液量不降的情况下，单井年度减少摩擦行程近3500千米，有效保障了油井平稳长效运行。
（中国石油报 朱米福）长庆油田智造一体化集成装置达65种随着长庆油田新研发的五种油田一体化集成装置在现场应用，长庆油田自主研发的油气开采一体化装置目前已达65个种类。
为了彻底解决长庆油田规模大费用高、生产周期长等问题，从2008年开始，长庆油田以“小型化、橇装化、系列化”为攻关目标，通过机械技术、电子技术、自控技术、信息技术等现代化技术有机融合，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的基础上,将一线场站原来烦琐单一的设备进行合理配置、集中整合为一体，自成系统，独立完成原来需要多个生产单元共同完成的生产任务，让一台设备发挥原来一个站的作用，从根本上缩减设备规模，简化工艺流程，降低建设投资，提高运行效率。
目前，长庆油田的一体化橇装集成装置已覆盖油田集输、气田集输、油气处理、油田供注水和公用工程等5个方面。
研发的一体化集成技术主要包括一体化混输（分输）增压集成装置、一体化增压注水装置、智能移动注水装置、一体化智能接转（脱水）集成装置、天然气集气一体化集成装置、三甘醇（TEG）脱水一体化集成装置等，许多技术在我国油气田开发中属于首创，在国际上也处于领先水平。
浅谈抽油机节能及智能控制器的设计
浅谈抽油机节能及智能控制器的设计摘要说明了油田游梁式抽油机节能的几种方式，介绍了目前抽油机节能器的主要类型并比较了它们的优缺点及节能效果，阐述了智能型抽油机节能控制器的关键技术及实施方案。
0 引言游梁式抽油机结构简单,可靠性高，是目前油田原油开采的主要设备，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，其用电量约占油田用电量的40％，且其拖动电机普遍存在着功率利用率低、能源浪费严重的情况，目前我国有近8万台抽油机井，电动机平均符合率为20％～30％，部分电动机负荷率更低。
因此，抽油机的节能问题已引起了广泛重视，并出现了形式不同的节能产品。
但目前各种节能产品，特别是电机控制装置因没有有效针对游梁式抽油机的实际特性进行设计，因此从油田的实测评估资料看，各种节能产品远没有达到理想的节能水平。
1 抽油机节能器的主要类型和存在问题抽油机节能装置从节能原理上看，大致可以分为电机节能、变矩节能、变结构节能、变平衡方式节能和摆杆式节能5种方式。
其中，后4种节能方式是针对游梁式抽油机机械结构的节能方式，显然，改变抽油机机械结构的方式存在一个明显的缺点，必须对油井进行改造，不仅成本高，从实际节能效果看也不是很理想。
而电机节能则主要是针对抽油机的电气性能而采取的节能方式。
实际上，游梁式抽油机的电动机多数以轻载，即“大马拉小车”的工况运行，这些固有特性决定了拖动电机功率的利用率很低，因此提高拖动电机的负荷率是实现节能的途径之一。
目前，抽油机的电动机主要从3各方面实现节能：人为地改变电动机的机械特性，主要是改变电源频率，以实现与负荷特性的柔性配合；从设计上改变电动机的机械特性（如高转差率电动机和超高转差率电动机），从而改善电动机与抽油机的配合；提高电动机的负荷率和功率因素。
具体有以下方式：①采用双功率电动机。
双功率电动机的定子绕组是两个可以并联运行的绕组。
启动时和负荷轻时，两个绕组分时投入，则总的电流减小。
抽油机井的智能化管理
要包括正常功图、气体影响、泵漏失、泵充不满、抽油杆柱脱断、结蜡、出砂等情况。
对抽油泵工作状况的判断依据为提取示功图的特征量与样本数据的反复对比，基于某种神经网络，通过对对神经网络的不断训练，可最终诊断抽油泵处于何种工况，并最终给出处理方案。
同时，示功图数据与泵充满度有直接关系，根据泵充满度情况，利用实时变频技术，可实现冲次与井下供液情况的优化匹配。
3.2 井口压力、温度数据在上位机中的应用井口压力、温度数据是判定地层状况是否稳定的主要依据。
一旦发现压力异常,技术或操作人员将首先根据经验对油井进行应急处理，以免发生危险。
3.3 液面数据在上位机中的应用动液面数据是井下供液能力与井下供排关系的主要判定依据，以动液面为控制对象，通过变频调速来控制采液速率以保证与当时的供液能力匹配，可明显提高泵效和系统效率[1]。
其具体做法为:建立动液面与抽油机电机变频器供电频率的对应关系，选择适宜的供排关系，使抽油机冲次与井下供液情况一致，防止空抽。
3.4 电参数在上位机中的应用电参数主要指抽油机上、下冲程同一个周期内的电流、电功率数据。
电参数是判定抽油机工作是否异常的重要依据。
利用神经网络技术，对抽油机井故障时的电参数特征量进行不断归纳总结，同时对神经网路进行不断的样本训练，最终可实现计算机对故障的准确判断。
故障的实时准确判定将为油田的安全生产提供有力的技术支撑。
同时，根据电功率数据还可以计算出抽油机的负载状况，利用电功率数据可绘制出电功图。
4 结论随着油田数字化、智能化时代的到来，抽油机的管理绝不再局限于每天的人工巡井、定时记录日报表、专业技术人员后续分析后进行抽油机工作方式调整等工作方式。
利用实时监测系统对抽油机井的第一手资料进行全面掌握，利用人工智能方式对数据进行准确判断，及时发现故障并处理，根据供液状况，实时精细调整抽油机工作方式已经可以实现。
抽油机井的管理已从粗矿型的管理方式转化为高效型的智能化管理方式。
抽油机井的生产参数的调整与优化对策
抽油机井的生产参数的调整与优化对策随着现代石油开采技术的不断发展，抽油机井在油田开发中扮演着重要的角色。
而抽油机井的生产参数的调整与优化对策直接影响着井场的产量和效益。
本文将从抽油机井的参数调整、优化对策的意义和方法等方面展开阐述，从而为油田开发和生产工作提供一定的参考与借鉴。
一、参数调整的意义和方法1.意义抽油机井的参数调整对于提高井场产量、延长井的寿命、降低生产成本具有重要意义。
通过合理的参数调整，可以提高油井的产量，优化工作负荷，降低能耗，减少设备故障，提高生产效率，从而为油田的良好运行提供有力支持。
2.方法（1）通过调整抽油机的冲程和冲数，改变泵挂工况，调整泵的运行速度和时间，在不同情况下合理配置泵杆结构，以达到最佳的工作效果。
（2）通过调整井口压力、排量和含水裂缝等参数，改变地层产物运移速度，提高原油采收率，减少水侵，改善生产状态。
（3）通过改善装备技术，使用先进的自动化控制软件和设备，实现对抽油机井运行参数的精细调控，提高井场产量和效益。
二、优化对策1. 通过技术手段提高抽油机井效率（2）优化设备结构，采用新材料、新工艺，提高抽油机井的使用寿命和可靠性。
（3）采用智能化传感器和监控装置，实现设备运行状态的实时监测和数据收集，为优化参数提供有效的依据。
2. 通过调整地层参数提高采收率（1）通过地震勘探和地质分析，了解地层情况，准确把握油层的产能分布和裂缝状况，根据不同地层情况调整对应的参数。
（3）通过技术手段和措施，减少因地层问题导致的油井维护和停产，提高井场效益。
3. 通过提高设备管理水平降低运行成本（1）加强对抽油机井设备的日常维护和保养，制定科学合理的维护计划，延长设备寿命，降低维修频率和成本。
（2）培训和提高技术人员的维护水平，改善设备管理与维修技术，提高设备的可靠性和稳定性。
（3）加强设备材料的管理和检测，保障设备运行的安全可靠，降低维修成本和停产损失。
三、结语抽油机井的生产参数的调整与优化对策是油田开发和生产工作的重要环节，它直接影响着井场的产量和效益。
抽油机智能控制系统设计方案探讨
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石 油 机
械
２０ ０６年
第３ ４卷
第４期
下使其停井时间最长 ，开井时间最短。由于油井液 位与复杂的地质条件有关 ，很难用一定量的数学模 型来描述 ，为此 ，采用了数学上 的爬 山法来解决，
于原油向油井 渗透 的过程 ，开关 Ｋ是 由工控机控
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
有杆抽油系统能量转换 过程 中，能量 损失较 大，致使系统总效率较低 ，理想状态与实际工作状 态相差较大 ，如电动机效率相差 ２ ２个百分点 ，功 率利用率 ３． ％ 。抽油机的运行效率也特别低 ， １５ 在我 国平 均 效 率 为 ２．６ ，国外 平 均 水 平 为 ５９ ％ ３．５ ００ ％。我国大部分油 田对这种 现象 的经验解决 方法是间抽 ，问抽控制的原始做法是 派人定时 ｊ 到油井去开停抽油机 ，使抽油机开一段 时间停一段 时间，即使在发达国家，目前也还有不少油井采用
２ ．原 理
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
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石 油
机
械
一 ６ 一 ３
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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。
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。
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。
1.2.2 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。
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
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
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
1.1.3 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，适应更加恶劣的环境。
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；
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