隨著我國(guó)油田開(kāi)發(fā)的不斷深人，稠油開(kāi)采規(guī)模越來(lái)越大，地面驅(qū)動(dòng)桿泵是開(kāi)采稠油的重要生產(chǎn)方式。但螺桿泵稠油開(kāi)采中出現(xiàn)的許多問(wèn)題限制r其進(jìn)一步發(fā)展，具體表現(xiàn)在：（1）地面驅(qū)動(dòng)蜾桿泵啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速瞬間提篼，抽油桿產(chǎn)生很大的慣性扭矩，導(dǎo)致抽油桿承受的扭矩大于抽油桿的額定扭矩，抽油桿易擰斷。（2）螺桿泵停機(jī)時(shí)，抽油桿的扭矩載荷瞬時(shí)釋放，抽油桿快速倒轉(zhuǎn)，容易造成抽油桿脫扣。（3）蜾桿泵井生產(chǎn)參數(shù)難于調(diào)整，不便管理。針對(duì)以電機(jī)~蟪桿動(dòng)上問(wèn)題，我們利用變頻器、蜾桿泵轉(zhuǎn)速一扭矩傳感器等設(shè)備，研制開(kāi)發(fā)了蜾桿泵變頻閉環(huán)自動(dòng)控制裝置，解決了螺桿泵生產(chǎn)的難題，使得蜾桿泵稠油開(kāi)采取得f滿意效果。

　　螺桿泵變頻閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理螺桿泵變頻閉環(huán)自動(dòng)控制裝置包括蜾桿泵、轉(zhuǎn)速一扭矩傳感器、單片機(jī)數(shù)據(jù)采集器、HD調(diào)節(jié)器、變頻控制系統(tǒng)（主要由變頻器、主控制電路和輔助電路組成）和二次儀表組成，如所示IU校塊交鐸控制系統(tǒng)笮片機(jī)敗坩采鉺器鎘泵變鐸閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖裝在蝶桿泵地面驅(qū)動(dòng)裝置扭矩卡子下的光桿轉(zhuǎn)速一扭矩傳感器把實(shí)時(shí)測(cè)得的光桿的轉(zhuǎn)速、扭矩等生產(chǎn)參數(shù)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成單片機(jī)數(shù)據(jù)采集器可以接受的數(shù)字信號(hào)，并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中采集處理過(guò)的轉(zhuǎn)速、扭矩信號(hào)送至調(diào)節(jié)器，與預(yù)先根據(jù)油井的提液要求確定的轉(zhuǎn)速、光桿扭矩值進(jìn)行比較，差值模擬量輸入到PID調(diào)節(jié)器控制變頻器，根據(jù)輸人轉(zhuǎn)速、扭矩信號(hào)的大小，變頻器隨時(shí)調(diào)整輸出頻率值，通過(guò)調(diào)節(jié)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)地面驅(qū)動(dòng)蜾桿泵轉(zhuǎn)速、扭矩的閉環(huán)自動(dòng)控制。當(dāng)?shù)麠U泵井的光桿扭矩遠(yuǎn)低于設(shè)定值Wai時(shí)，變頻裝置自動(dòng)將蝶桿泵轉(zhuǎn)速提篼；當(dāng)實(shí)際扭矩接近或達(dá)到設(shè)定值構(gòu)，時(shí)，螺桿泵轉(zhuǎn)速保持平穩(wěn)；當(dāng)實(shí)際光桿扭矩遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)定值變頻裝置自動(dòng)將螺桿泵轉(zhuǎn)速減小，使得蜾桿泵井安全高效生產(chǎn)。該自動(dòng)控制系統(tǒng)具有軟啟、軟停功能，軟啟功能可以延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間，減小慣性扭矩，避免抽油桿因瞬間扭矩過(guò)大而擰斷；軟停功能可以延長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間，使抽油桿扭矩緩慢釋放，避免抽油桿扭矩因急劇釋放而脫扣。

　　轉(zhuǎn)速一扭矩傳感器該儀器可同時(shí)感應(yīng)蜾桿泵井抽油光桿所承受的轉(zhuǎn)速、扭矩變化情況。其工作原理為：（1）扭矩傳感器：采用空心圓柱為彈性變形元件，圓柱體上附著承扭元件，當(dāng)扭矩作用于傳感器時(shí)，應(yīng)變片隨著空心圓柱體一起變化，引起電阻值的變化，將機(jī)械變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)變化，后經(jīng)電路放大整形為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。（2）轉(zhuǎn)速傳感器：在傳感器圓柱體上安裝r一個(gè)圓形光碼盤(pán)，當(dāng)傳感器圓柱體每運(yùn)轉(zhuǎn)一周時(shí)，帶動(dòng)光碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)切割光電管輸出100個(gè)脈沖信號(hào)，計(jì)算每分鐘脈沖總數(shù)來(lái)確定螺桿泵井的轉(zhuǎn)速。

　　通過(guò)接收變送器傳來(lái)的測(cè)量電信號(hào)與給定信號(hào)進(jìn)行比較，得出被調(diào)量的偏差后，偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算電路運(yùn)算，輸出05V的直流電壓供變頻器，對(duì)該系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。

　　主控制電路由變頻控制電路和工頻控制電路兩部分組成。主要根據(jù)蜾桿泵井的生產(chǎn)需要，變頻控制部分和工頻控制部分可以進(jìn)行切換，以控制蜾桿泵電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

　　輔助電路利用直流24V繼電器來(lái)控制變頻器的輸人信號(hào)端，對(duì)螺桿泵電機(jī)實(shí)施軟啟、軟停以及缺相保護(hù)。

　　螺桿泵轉(zhuǎn)速一扭矩傳感器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換后，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成為單片機(jī)數(shù)據(jù)采集器可以接受的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)采集處理器采集、處理。采樣后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，并譯碼將抽油光桿的轉(zhuǎn)速和扭矩值實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。

　　螺桿泵變頻閉環(huán)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)確定出）；e為錄偏心距，mm；/），為螺桿栗轉(zhuǎn)子直徑，mm；T為定子導(dǎo)程，mm.為了使油井保持一定產(chǎn)量，變頻器將螺桿泵轉(zhuǎn)速一般控制在60%n -100%rt范圍內(nèi)。為了進(jìn)一步擴(kuò)大螺桿泵運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍，對(duì)其設(shè)備進(jìn)行了改裝，將原來(lái)的315 mm大的螺桿泵從動(dòng)輪更換為250mm或丨90 mm的小從動(dòng)輪，大大地提高了傳動(dòng)比，提速范圍在20由單井原油粘溫曲線，地溫梯度回歸得出油井粘度深度函數(shù)：栗進(jìn)口至動(dòng)液面距離，m.栗出口壓力包括流程干線回壓心，泵將產(chǎn)液從泵出口升舉至井口所需的壓力P3，產(chǎn)液在井下油管內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生的沿程阻力損失P4.干線回壓根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，一般取為1.0MPa-2.0MPa泵將產(chǎn)液從泵出口升舉至井口所需的壓力P3計(jì)算為：產(chǎn)液在井下油管內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生的沿程阻力損失P4計(jì)算為：蜾桿泵所承受的扭矩抽油桿帶動(dòng)螺桿泵所承受的扭矩共有三種，泵舉升液體所需扭矩計(jì)算如下：克服抽油桿柱與油管內(nèi)井液摩擦阻力的扭矩克服泵定子與轉(zhuǎn)子摩擦阻力所需扭矩似3，計(jì)算為地面驅(qū)動(dòng)總扭矩為：?jiǎn)挝怀橛蜅U的慣性扭矩Wai計(jì)算為當(dāng)蜾桿泵井的實(shí)際扭矩變化在設(shè)定扭矩值（-M的±8%范圍之內(nèi)時(shí)，變頻器的當(dāng)前頻率值保持不變，蜾桿泵井的轉(zhuǎn)速不變，該螺桿泵變頻閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)保持穩(wěn)定；當(dāng)螺桿泵井的實(shí)際扭矩變化超出設(shè)定扭矩值（Afb-Mui）的±8%范圍時(shí)，變頻器的當(dāng)前頻率值根據(jù)PID調(diào)節(jié)器對(duì)該系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，提高或降低螺桿泵井的轉(zhuǎn)速，促使蜾桿泵井在比較優(yōu)控制狀態(tài)下，進(jìn)行安全、可靠生產(chǎn)。

　　變頻器的軟啟、軟停時(shí)間確定變頻器的軟啟、軟停時(shí)間為06000s可調(diào)，前據(jù)各井情況設(shè)定啟動(dòng)時(shí)間為60 s120s，停止時(shí)間為60s~200s，對(duì)慣性扭矩起到延時(shí)作用，有效地減緩了抽油桿的斷、脫，同時(shí)降低了瞬時(shí)啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。該軟啟、軟停功能對(duì)桿柱及機(jī)泵設(shè)備有明顯的保護(hù)作用。

　　應(yīng)用實(shí)例深州油田工區(qū)澤70斷塊原油為特高稠油，“二篼一低”，即為高比重、篼粘度、高膠質(zhì)瀝青和中低凝固點(diǎn)。該斷塊原油粘度在5田工區(qū)澤70斷塊對(duì)35口螺桿泵井安裝了螺桿泵變頻閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要采用地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵變頻閉環(huán)自動(dòng)控制配合套管加藥降粘維護(hù)開(kāi)采工藝。

　　目前該控制系統(tǒng)已在41口螺桿泵井上應(yīng)用，1999年35口井因桿斷脫檢泵20次，2000年應(yīng)用變頻技術(shù)后因桿斷脫檢泵3次，平均節(jié)約功率2.5kW/單井。

　　經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，該控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，大大提高了單井生產(chǎn)效率，尤其扶起了一批原油粘度為18000mPas~25000mPa-sOOtl）難起的停產(chǎn)井，增加f開(kāi)井?dāng)?shù)量，提篼了該斷塊的原油產(chǎn)量。澤70斷塊油井安裝蜾桿泵變頻調(diào)速系統(tǒng)前后情況對(duì)比如表I所不。

　　表1澤70斷塊油井蟪桿泵變頻調(diào)速前后情況對(duì)比表料偵用變頻前偵用變頻U頻率電流功卞液nt頻+功書(shū)轉(zhuǎn)速澤70-5井所安裝的轉(zhuǎn)速一扭矩傳感器的工作螺桿泵從動(dòng)輪更換為190mm的從動(dòng)輪，傳動(dòng)比提篼系數(shù)為零點(diǎn)頻率丨丨1丨8Hz，單位變化率為3.82Hz/Nm.利用該傳感器對(duì)該井的變頻啟、停和工頻啟、停進(jìn)行測(cè)試。工頻運(yùn)行狀態(tài)下，其工作電流為20A，轉(zhuǎn)速為138r/min，油井的產(chǎn)液量10t/d，工頻啟、停的實(shí)時(shí)扭矩曲線測(cè)試圖形如中（a）、（h）所示；為r充分利用變頻器的調(diào)速技術(shù)，把原來(lái)315mm大的了1.66倍。在變頻運(yùn)行狀態(tài)下，其工作電流為17A，轉(zhuǎn)速為148r/min，油井的產(chǎn)液量12.丨t/d.從工頻和變頻的實(shí)時(shí)扭矩曲線測(cè)試圖形相比可看出，利用變頻的軟啟、軟停技術(shù)，避免了螺桿泵瞬時(shí)啟動(dòng)時(shí)抽油桿扭矩過(guò)大和螺桿泵的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，變頻啟、停的實(shí)時(shí)扭矩曲線測(cè)試圖形如中（c）、（d）所示。

　　螺桿泵工頻和變頻控制啟停實(shí)時(shí)扭矩曲線圖結(jié)論5.提篼了單井電機(jī)的有功功率因數(shù)，大大地降低了油井的耗電量。在地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵上應(yīng)用變頻閉環(huán)調(diào)速技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)：解決了抽油光桿的轉(zhuǎn)速和扭矩的測(cè)定問(wèn)題，完全實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)、自動(dòng)、連續(xù)檢測(cè)。

　　對(duì)螺桿泵實(shí)施了軟啟、軟停。軟啟功能防止了螺桿泵井瞬時(shí)啟動(dòng)時(shí)抽油桿扭矩過(guò)大而造成桿斷；軟停功能有效防止螺桿泵倒轉(zhuǎn)造成的抽油桿脫扣，大大減少了檢泵次數(shù)。

　　該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了單井自動(dòng)化控制，與工頻狀態(tài)相比，提篼了采油工藝和效率。

　　根據(jù)所測(cè)定螺桿泵井的生產(chǎn)扭矩、電流和回（上接第16頁(yè)）一套GIS系統(tǒng)，只是其數(shù)據(jù)是分布式存儲(chǔ)和維護(hù)。

　　提出三層次的客戶機(jī)/服務(wù)器框架，只是因?yàn)镚IS系統(tǒng)的工作負(fù)載已經(jīng)很重了，而數(shù)據(jù)又不得不分布式管理，所以用中間層將其與繁重的數(shù)據(jù)庫(kù)管理工作分離開(kāi)來(lái)，使系統(tǒng)在邏輯結(jié)構(gòu)上更清楚，在數(shù)據(jù)維護(hù)上更方便?？赡芡ǔ５膬蓪邮紺lient/Server結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)的查詢方面有更高的效率，但卻不可避免地增加了GIS系統(tǒng)的復(fù)雜性。