田變頻抽油控制系統(tǒng)管理論文

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1引言

為了提高勝利油田采油設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)綜合測(cè)試和控制水平，保證油井高產(chǎn)量、高效率生產(chǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備可能存在的隱患或發(fā)生的故障，并對(duì)盜油等行為進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)和制止，必須實(shí)施采油的自動(dòng)監(jiān)控和管理。同時(shí)，在勝利油田采油設(shè)備中，以游梁式磕頭采油機(jī)應(yīng)用最為普遍，數(shù)量也最多。但傳統(tǒng)的磕頭機(jī)普遍存在著起動(dòng)沖擊大，運(yùn)行耗電多，效率低下等諸多問(wèn)題，加之油井情況復(fù)雜，斷桿、燒電機(jī)等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，對(duì)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有可靠的保護(hù)功能，設(shè)備維修量大，急需對(duì)現(xiàn)有的采油機(jī)設(shè)備進(jìn)行改造。為此，我們利用泓格的I－7188EXD以及I-7000模塊對(duì)大沙莊的12臺(tái)采油設(shè)備采用了分布式變頻采油控制方式，其應(yīng)用效果十分明顯。

2工作原理

2.1恒速采油的弊端和變頻采油的必要性

作為采油設(shè)備，其運(yùn)動(dòng)為反復(fù)地上下提升，一個(gè)沖程提升一次，其動(dòng)力來(lái)自于電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的兩個(gè)重量相當(dāng)大的鋼質(zhì)滑塊，當(dāng)滑塊提升時(shí)，類似于杠桿的作用，將采油機(jī)桿送入井中，滑塊下降時(shí)，采油桿提出帶油至井口，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速一定，在滑塊下降過(guò)程中，負(fù)荷減輕，電機(jī)拖動(dòng)產(chǎn)生的能量勢(shì)必進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，造成主回路母線電壓升高，頻繁的高壓沖擊會(huì)損壞電機(jī)，對(duì)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有可靠的保護(hù)功能，一旦電機(jī)損害，造成生產(chǎn)效率降低、維護(hù)量加大，極不利于抽油設(shè)備的節(jié)能降耗，給企業(yè)帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)損失。

假如采用變頻調(diào)速技術(shù)，效果則完全不一樣:根據(jù)電機(jī)理論可知，其轉(zhuǎn)速公式為:n=60f×(1-s)/p其中:P—電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù);s—轉(zhuǎn)差率;f—供電電源的頻率;n—電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可看出，電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比，改變頻率即可以平滑地調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，而對(duì)于變頻器而言，其頻率的調(diào)節(jié)范圍是很寬的，可在0～400Hz之間任意調(diào)節(jié)，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速即可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。同時(shí)變頻調(diào)速器具有低速軟啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速可以平滑地大范圍調(diào)節(jié)，對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能齊全，如短路、過(guò)載、過(guò)壓、欠壓及失速等，可有效地保護(hù)電機(jī)及機(jī)械設(shè)備，保證設(shè)備在安全的電壓下工作，具有運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，提高功效等諸多優(yōu)點(diǎn)，是采油設(shè)備改造的理想方案。在本系統(tǒng)中為防止采油滑塊提升時(shí)對(duì)其軸承及繞組的影響，防止電機(jī)過(guò)分磨損及過(guò)熱，最高頻率設(shè)在50Hz。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)上述分析的變頻控制原理，控制系統(tǒng)必須有控制器以及相應(yīng)的控制模塊，由于抽油設(shè)備均在野外工作，基本上處于“無(wú)人看管”的工作狀態(tài)，采用工控機(jī)等之類的控制器顯然是不合理的，而泓格的嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器I－7188EX具有PC的一切控制功能，只要將其安裝在防雨、防電等場(chǎng)合，便可工作，同時(shí)利于現(xiàn)場(chǎng)安裝，滿足設(shè)計(jì)要求。為此，圍繞I-7188EX控制器，必須有相應(yīng)的功能模塊與之配合才能完成控制任務(wù)，為此我們選用了I-7024模擬量輸出模塊，讓其輸出的模擬信號(hào)作為變頻器的輸入控制信號(hào)，I-7060作為相應(yīng)控制開關(guān)的控制模塊、I-7017實(shí)時(shí)采集輸油管路的流量，控制系統(tǒng)的架構(gòu)圖見(jiàn)圖1所示。

由于下莊采油隊(duì)有12臺(tái)抽油機(jī)，為便于“集中管理、分布式控制”，在小隊(duì)的控制室安裝有一臺(tái)監(jiān)視控制計(jì)算機(jī)，主要用來(lái)管理I-7188EX，并且實(shí)時(shí)記錄流量、工作日志、設(shè)備運(yùn)行的健康狀態(tài)。由于小隊(duì)的控制室遠(yuǎn)離采油廠的采油統(tǒng)計(jì)中心，因此，巡視人員將定期攜帶移動(dòng)式筆記本電腦通過(guò)HUB與控制計(jì)算機(jī)采用TCP/IP協(xié)議下載控制計(jì)算機(jī)的記錄參數(shù)，然后回采油統(tǒng)計(jì)中心將各個(gè)采油分隊(duì)的記錄參數(shù)匯總，統(tǒng)計(jì)，達(dá)到了對(duì)采油設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)的綜合測(cè)試以及管理的目的。在圖1所示的架構(gòu)圖中，I－7188EX與I－7000模塊采用RS－485通信、I－7188EX與控制計(jì)算機(jī)采用TCP/IP通過(guò)HUB相連并通信。從而實(shí)現(xiàn)了分級(jí)控制、分級(jí)管理，利于維護(hù)、安裝、移動(dòng)和拆卸。是一種比較的采油設(shè)備控制系統(tǒng)。

2.3采油變頻調(diào)節(jié)過(guò)程

變頻采油是當(dāng)滑塊下降過(guò)程時(shí)，經(jīng)I-7188EX邏輯判定,將控制信號(hào)通過(guò)I-7024送至變頻器，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，讓滑塊根據(jù)井口真空度以及電機(jī)所帶負(fù)荷變速下降，當(dāng)采油滑塊提升時(shí)，為防止油錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，采油泵的啟停將采用聯(lián)動(dòng)方式，即三臺(tái)油泵共一個(gè)出口閥門。變頻聯(lián)動(dòng)方式有變頻泵固定方式和變頻泵循環(huán)方式。變頻泵固定方式最多可以控制7臺(tái)泵,可選擇“先開先關(guān)”和“先開后關(guān)”兩種水泵關(guān)閉順序;變頻泵循環(huán)方式最多可以控制4臺(tái)泵，系統(tǒng)以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵。本系統(tǒng)采用變頻泵循環(huán)方式，這樣，將3口油井的采油泵采用變頻聯(lián)動(dòng)方式采油，不僅降低了能耗，保護(hù)了電機(jī)，更為重要是使輸油管路的壓強(qiáng)恒定，流量恒速，利于計(jì)量與管理。

2.4效益分析

在開采前期，由于儲(chǔ)油量大，供液足，為提高功效，我們采用提高轉(zhuǎn)速的方式，讓變頻器運(yùn)行至65Hz，頻率提高了1/3，其綜合采油率可比工頻情況下多采油20%，工效提高了1.2倍，當(dāng)中期時(shí)我們讓變頻器運(yùn)行至50Hz，變頻器運(yùn)行在工頻情況，其采油量恢復(fù)正常狀態(tài)，由于采用多種控制技術(shù)，使采油量在短時(shí)間內(nèi)有較大幅度的提升，同時(shí)，維修量大幅度降低，利于設(shè)備的節(jié)能降耗，降低了采油工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，并且控制系統(tǒng)可以重復(fù)使用，方便拆卸和安裝，系統(tǒng)的投入深受勝利油田采油廠的喜愛(ài)。

3所選模塊特性

3.1I－7188EX

I-7188EX為一具有PC功能的嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器，也可以說(shuō)是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，它有256KBFLASH，256KBSRAM，2KBEEPROM，31BNVSRAM，內(nèi)置時(shí)實(shí)時(shí)鐘，看門狗定時(shí)器、內(nèi)置MiniOS7操作系統(tǒng)、含有與NE-2000兼容的10BASE-T網(wǎng)絡(luò)控制器、支持TCP/IP協(xié)議。它具有獨(dú)特的雙看門狗安全設(shè)計(jì)，即軟件看門狗和硬件看門狗組成，萬(wàn)一主控計(jì)算機(jī)死機(jī)，所有的輸出模塊就進(jìn)入預(yù)設(shè)的安全狀態(tài)，符合工業(yè)的安全要求，使用方便，可大幅增加系統(tǒng)安全性。

3.2I-7017的特性

l8路模擬輸入;

l14bit分辨率;

l采用差分輸入方式和－10～10V輸入范圍以提高的功模干擾能力;

l8通道掃描模式;

l隔離電壓:3000VDC，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

3.3模擬輸出模塊I-7024

為了使采油泵平穩(wěn)起停、保護(hù)控制系統(tǒng)，采用了變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)其進(jìn)行控制，利用I－7024的模擬輸出信號(hào)，給變頻器提供0～10V的控制信號(hào)，使變頻器的輸出信號(hào)變?yōu)?～50Hz達(dá)到變速的目的。由于I－7024采用了光電隔離方式，從而保護(hù)了控制系統(tǒng)，避免了電機(jī)的反電勢(shì)容易使控制系統(tǒng)死鎖的現(xiàn)象發(fā)生。

4軟件設(shè)計(jì)

由于I-7188EX嵌入式控制器配有MiNiOS7嵌入式操作系統(tǒng).，因此I-7188控制器可編程獨(dú)立運(yùn)行，與ROM－DOS相比，MiNiOS7更適于嵌入式應(yīng)用。I-7188現(xiàn)地單元控制模塊的控制程序，采用TC2.0編寫，調(diào)用了I-7000相應(yīng)的庫(kù)函數(shù)，主要有模塊初始化模塊、定時(shí)采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、邏輯輸出模塊(控制開關(guān)等的控制)等，這一部分編程比較簡(jiǎn)單，泓格提供了許多類似的例程，可以直接通用，極大地降低了開發(fā)時(shí)間。

控制計(jì)算機(jī)上安裝有Windows2000，以及MicrosoftSQL6.5，便于建立起數(shù)據(jù)庫(kù)，備移動(dòng)筆記本電腦瀏覽器下載歷史數(shù)據(jù)。上位機(jī)采用了組態(tài)王工控軟件，并利用了泓格公司提供的I-7188的OPC服務(wù)器直接與I-7188EX采用TCP協(xié)議通信，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程工作。

5結(jié)束語(yǔ)

目前，油田在穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)，如何節(jié)能降耗，并對(duì)鉆井設(shè)備進(jìn)行科學(xué)管理，提高勝利油田采油設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)綜合測(cè)試和控制水平，保證油井高產(chǎn)量、高效率生產(chǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備可能存在的隱患或發(fā)生的故障，并對(duì)盜油等行為進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)和制止，是目前石油采集單位需要解決的問(wèn)題，本系統(tǒng)解決了其利用控制系統(tǒng)對(duì)鉆井設(shè)備合理控制，并進(jìn)行科學(xué)管理，對(duì)解決油田目前面臨的問(wèn)題具有一定的參考價(jià)值。泓格公司提供的I-7188EX以及I-7000系列模塊在極其惡劣的采油現(xiàn)場(chǎng)能穩(wěn)定地運(yùn)行，且故障率極低。說(shuō)明其品質(zhì)是可靠的，重要是其產(chǎn)品具有雙重的Watchdog以及運(yùn)行可靠的MiniOS7嵌入式操作系統(tǒng)，極大提高了系統(tǒng)的可靠性以及運(yùn)行的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的投入運(yùn)行，不僅提高了采油量，并且提高了采油廠對(duì)抽油設(shè)備的管理水平，是一件一舉多得的好事情，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

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