文/米曉紅

1 傳統(tǒng)變頻驅(qū)動(dòng)游梁式抽油機(jī)平衡調(diào)節(jié)的現(xiàn)狀及問(wèn)題

游梁式抽油機(jī)在采油生產(chǎn)中大量使用，為了節(jié)能采用了變頻驅(qū)動(dòng)，目前變頻驅(qū)動(dòng)游梁式抽油機(jī)平衡調(diào)節(jié)方法為：

（1）首先把抽油機(jī)由變頻驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。

（2）人工在工頻驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下采集功圖、電流圖數(shù)據(jù)、功率圖數(shù)據(jù)。

（3）人工根據(jù)設(shè)定算法（電流法或功率法）計(jì)算平衡度，計(jì)算方法為：一個(gè)沖程周期中，下沖程中電機(jī)的最大工作電流（功率）與上沖程中電機(jī)的最大工作電流（功率）的百分比。

（4）人工判斷平衡狀態(tài)：平衡度在設(shè)定的范圍之內(nèi)（80%～110%之間）為平衡狀態(tài)。平衡度小于設(shè)定范圍的最小值（<80%）為欠平衡狀態(tài)。平衡度大于設(shè)定范圍的最大值（>110%）為過(guò)平衡狀態(tài)。

（5）根據(jù)計(jì)算結(jié)果人工操作平衡電機(jī)調(diào)整平衡狀態(tài)。欠平衡時(shí)控制平衡電機(jī)使平衡塊向外側(cè)調(diào)節(jié)，對(duì)應(yīng)增加配重，上行電流變小，下行電流變大，平衡度增加并趨向于100%。過(guò)平衡時(shí)控制平衡電機(jī)使平衡塊向內(nèi)側(cè)調(diào)節(jié)，對(duì)應(yīng)減少配重，上行電流變大，下行電流變小，平衡度減少并趨向于100%。

（6）重復(fù)以上2-5過(guò)程，直至達(dá)到設(shè)定的平衡條件。

（7）將抽油機(jī)恢復(fù)至變頻驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。

傳統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)方法存在的問(wèn)題：

（1）平衡調(diào)節(jié)過(guò)程為人工手動(dòng)，調(diào)節(jié)結(jié)果取決于人員的技術(shù)水平和責(zé)任心。

（2）不能在變頻狀態(tài)下直接調(diào)節(jié)。

（3）人工測(cè)量電機(jī)電流（功率）通常使用的儀表均為工頻儀表，在變頻驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下無(wú)法使用，導(dǎo)致只能在工頻狀態(tài)下調(diào)節(jié)。

（4）不能實(shí)現(xiàn)隨時(shí)調(diào)節(jié)，只能人工定期檢查發(fā)現(xiàn)失去平衡后進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)的總體思路

傳統(tǒng)的平衡度測(cè)量方法使用儀表較多，用這種方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)需要在每口井上配備功圖儀等測(cè)量設(shè)備，導(dǎo)致系統(tǒng)過(guò)分復(fù)雜且成本很高。為此需要采用更簡(jiǎn)單的平衡判斷方法。

圖1

圖2

變頻器在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)被驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)能量由變頻器“流”向電機(jī)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)能量由電機(jī)“流”向變頻器并給變頻器的儲(chǔ)能電容充電。當(dāng)抽油機(jī)出現(xiàn)不平衡狀態(tài)的時(shí)候會(huì)使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，因此，只要判斷出電機(jī)出現(xiàn)發(fā)電狀態(tài)時(shí)抽油機(jī)是運(yùn)行在上行程還是下行程中就可以判定抽油機(jī)是處于欠平衡狀態(tài)還是處于過(guò)平衡狀態(tài)，根據(jù)抽油機(jī)是欠或過(guò)平衡狀態(tài)來(lái)控制平衡調(diào)節(jié)電機(jī)帶動(dòng)平衡塊向著不同的方向（趨于平衡的方向）移動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)。

3 具體實(shí)現(xiàn)方法

3.1 硬件處理

在抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器中加裝一個(gè)直流電流傳感器，該直流電流傳感器加裝在變頻器的IGBT模塊和儲(chǔ)能電容之間，用于判斷電流的流向。圖1所示為直流電流傳感器在變頻器中的安裝位置。電流I的方向?yàn)槌橛蜋C(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電動(dòng)工作狀態(tài)的電流方向。反方向則為驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電工作狀態(tài)的電流方向。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)出現(xiàn)發(fā)電狀態(tài)時(shí)說(shuō)明抽油機(jī)出現(xiàn)了不平衡狀態(tài)。

電流由儲(chǔ)能電容流向IGBT模塊，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)；電流由IGBT模塊流向儲(chǔ)能電容，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電狀態(tài)出現(xiàn)在抽油機(jī)的上行程中，則控制平衡電機(jī)驅(qū)動(dòng)平衡塊向抽油機(jī)內(nèi)側(cè)移動(dòng)；當(dāng)電機(jī)發(fā)電狀態(tài)出現(xiàn)在抽油機(jī)的下行程中，則控制平衡電機(jī)驅(qū)動(dòng)平衡塊向抽油機(jī)外側(cè)移動(dòng)。在抽油機(jī)的一個(gè)沖次內(nèi)，出現(xiàn)一次驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電狀態(tài)則控制平衡電機(jī)移動(dòng)平衡塊一次，直到驅(qū)動(dòng)電機(jī)不再出現(xiàn)發(fā)電狀態(tài)為止。

抽油機(jī)上止點(diǎn)開(kāi)關(guān)是安裝在抽油機(jī)上感受抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的開(kāi)關(guān)；抽油機(jī)下止點(diǎn)開(kāi)關(guān)是安裝在抽油機(jī)上感受抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的開(kāi)關(guān)。這兩個(gè)開(kāi)關(guān)用于判斷抽油機(jī)工作在上行程還是工作在下行程。

3.2 軟件處理

圖2所示為驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作狀態(tài)的判斷方法和平衡電機(jī)的控制方法。

3.3 注意事項(xiàng)

直流電流傳感器一般選用霍耳電流傳感器，量程應(yīng)大于1.5×電機(jī)功率÷變頻器母線(xiàn)電壓。

平衡調(diào)節(jié)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)時(shí)間根據(jù)平衡電機(jī)的轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)比決定，只要使平衡塊每次點(diǎn)動(dòng)的位移量合適即可。

4 總結(jié)

本方法適合所有通用變頻器驅(qū)動(dòng)的游梁式抽油機(jī)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低廉。使用中井況出現(xiàn)變化時(shí)，一旦出現(xiàn)不平衡狀態(tài)就可適時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，和目前人工平衡調(diào)節(jié)相比更加及時(shí)，且抽油機(jī)不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的不平衡狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)了平衡度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了油井無(wú)人值守功能。