一、抽油機(jī)的概述

目前國(guó)內(nèi)最常用的抽油機(jī)種類有游梁式抽油機(jī)、塔架式抽油機(jī)和螺桿泵式抽油機(jī)三種，其中游梁式抽油機(jī)俗稱“磕頭機(jī)”，通過(guò)加壓的辦法使石油出井，作為一種簡(jiǎn)單、高效、操作方便的抽油設(shè)備，在各種含砂、含氣、含水原油的開(kāi)采中得到了廣泛的應(yīng)用。

游梁式抽油機(jī)主要由驢頭—游梁—連桿—曲柄機(jī)構(gòu)、減速箱、動(dòng)力設(shè)備和輔助裝備等四大部分組成。工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)經(jīng)變速箱、曲柄連桿機(jī)構(gòu)變成驢頭的上下運(yùn)動(dòng)，驢頭經(jīng)光桿、抽油桿帶動(dòng)井下抽油泵的柱塞作上下運(yùn)動(dòng)，從而不斷地把井中的原油抽出井筒。如下圖：

1.1油泵的抽汲原理

抽油機(jī)抽油原理較為簡(jiǎn)單，類似農(nóng)村壓水井。

1)上沖程

抽油桿柱帶著柱塞向上運(yùn)動(dòng)，柱塞上的游動(dòng)閥受管內(nèi)液柱壓力而關(guān)閉。泵內(nèi)壓力降低，固定閥在環(huán)形空間液柱壓力(沉沒(méi)壓力)與泵內(nèi)壓力之差的作用下被打開(kāi)。泵內(nèi)吸入液體、井口排出液體。

泵吸入的條件：泵內(nèi)壓力(吸入壓力)低于沉沒(méi)壓力。

2)下沖程

柱塞下行，固定閥在重力作用下關(guān)閉。泵內(nèi)壓力增加，當(dāng)泵內(nèi)壓力大于柱塞以上液柱壓力時(shí)，游動(dòng)閥被頂開(kāi)。柱塞下部的液體通過(guò)游動(dòng)閥進(jìn)入柱塞上部，使泵排出液體。

泵排出的條件：泵內(nèi)壓力(排出壓力)高于柱塞以上的液柱壓力。

1.2、工作特性

當(dāng)磕頭機(jī)工作時(shí)，驢頭懸點(diǎn)上作用的載荷是變化的。上沖程時(shí)，驢頭懸點(diǎn)需提起抽油桿柱和液柱，在抽油機(jī)未進(jìn)行平衡的條件下，電動(dòng)機(jī)就要付出很大的能量。在下沖程時(shí)，抽油機(jī)桿柱轉(zhuǎn)而對(duì)電動(dòng)機(jī)做功，使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。因此在抽油機(jī)未進(jìn)行平衡時(shí)，上、下沖程的負(fù)載極度不均勻，這樣將嚴(yán)重地影響抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)、減速箱和電動(dòng)機(jī)的效率和壽命，惡化抽油桿的工作條件，增加它的斷裂次數(shù)。為消除這些缺點(diǎn)，一般在抽油機(jī)的游梁尾部或曲柄上或兩處都加上平衡重。這樣一來(lái)，在懸點(diǎn)下沖程時(shí)，要把平衡重從低處抬到高處，增加平衡重的位能。上沖程時(shí)，平衡重由高處下落，把下沖程時(shí)儲(chǔ)存的位能釋放出來(lái)，幫助電動(dòng)機(jī)提升抽油桿和液柱，減少了電動(dòng)機(jī)在上沖程時(shí)所需給出的能量。采用加平衡配重的工作方式，在抽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和兩個(gè)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)平衡配重調(diào)節(jié)較好時(shí)，其發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)間和產(chǎn)生的能量都較小。

另一方面是沖擊電流問(wèn)題，游梁式抽油機(jī)是一種變形的四連桿機(jī)構(gòu)，其整機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。對(duì)于支架來(lái)說(shuō)，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致，那么用很小的動(dòng)力就可以使抽油機(jī)連續(xù)不間斷地工作。在平衡率為100％時(shí)電動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力僅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，則需要電動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力越大。因?yàn)槌橛洼d荷是每時(shí)每刻都在變化的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化，使得游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)變得十分復(fù)雜。因此，可以說(shuō)游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)就是平衡技術(shù)。

除上述兩方面問(wèn)題外，油田采油的特殊地理環(huán)境決定了采油設(shè)備有其獨(dú)特的運(yùn)行特點(diǎn)：在油井開(kāi)采前期儲(chǔ)油量大、供液足，為提高功效可采用工頻運(yùn)行，保證較高產(chǎn)油量；在中后期，由于石油儲(chǔ)量減少，易造成供液不足，電動(dòng)機(jī)若仍工頻運(yùn)行，勢(shì)必浪費(fèi)電能，造成不必要損耗，這時(shí)須考慮實(shí)際工作情況，適當(dāng)降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少?zèng)_程，有效提高充盈率。

2、變頻游梁式抽油機(jī)上的優(yōu)勢(shì)

游梁式抽油機(jī)加裝變頻器后主要有以下3個(gè)方面優(yōu)勢(shì)：

(1)大幅度提高了功率因數(shù)（可由原來(lái)的0.25～0.5提高到0.9以上），減小了供電（視在）電流，從而減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān)，降低了線損，可省去大量的“增容”開(kāi)支，這主要集中在供電企業(yè)對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合，為避免電網(wǎng)質(zhì)量的下降，需引入變頻控制，其主要目的就是減小抽油機(jī)工作過(guò)程對(duì)電網(wǎng)的影響。

(2)實(shí)現(xiàn)節(jié)能：一方面可根據(jù)油井的實(shí)際供液能力，動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度，達(dá)到節(jié)能目的，同時(shí)還可以增加原油產(chǎn)量。

(3)由于實(shí)現(xiàn)了真正的“軟起動(dòng)”，對(duì)電動(dòng)機(jī)、變速箱、抽油機(jī)都避免了過(guò)大的機(jī)械沖擊，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。降低成本，提高生產(chǎn)效率。

3、七喜HD700變頻器方案

3.1、方案組成

正常情況下由HD700變頻器控制電機(jī)運(yùn)行，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，變頻器結(jié)合控制柜電氣結(jié)構(gòu)會(huì)自動(dòng)將控制狀態(tài)從變頻切為工頻，保證抽油機(jī)不停機(jī)。同時(shí)，在抽油機(jī)下行沖程時(shí)，變頻器結(jié)合外部制動(dòng)電阻，將回生能量合理釋放。

HD700變頻器與數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)傳器通訊連接，將電機(jī)的運(yùn)行工況、電流、轉(zhuǎn)矩等數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到中控室內(nèi)。

3.2、端子接線圖

3.3  HD700的基本參數(shù)設(shè)置

3.4HD700變頻器特點(diǎn)

1、輸入電壓范圍寬，更能適應(yīng)油田惡劣電網(wǎng)。

2、風(fēng)道獨(dú)立，惡劣環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。

3、模塊裕量設(shè)計(jì)大，過(guò)載能力強(qiáng)。

4、核心元器件全部使用國(guó)際知名品牌，穩(wěn)定可靠。

3.5系統(tǒng)特點(diǎn)

采油井在開(kāi)采過(guò)程中，油況可能隨時(shí)發(fā)生變化，變頻器可以實(shí)時(shí)將負(fù)載情況送到控制系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算，從而得到合理的轉(zhuǎn)速控制。同時(shí)，還可以根據(jù)采油廠的采油量指標(biāo)，由采油工人自行或定時(shí)改變輸出頻率，滿足了手動(dòng)與自動(dòng)控制的二合一功能，不僅節(jié)約了電能，還節(jié)省了人力物力。