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1、抽油機概述
目前國內(nèi)最常用的抽油機種類有游梁式抽油機、塔架式抽油機和螺桿泵式抽油機三種，其中游梁式抽油機俗稱“磕頭機”，通過加壓的辦法使石油出井，作為一種簡單、高效、操作方便的抽油設(shè)備，在各種含砂、含氣、含水原油的開采中得到了廣泛的應(yīng)用。
游梁式抽油機主要由驢頭—游梁—連桿—曲柄機構(gòu)、減速箱、動力設(shè)備和輔助裝備等四大部分組成。工作時，電動機的傳動經(jīng)變速箱、曲柄連桿機構(gòu)變成驢頭的上下運動，驢頭經(jīng)光桿、抽油桿帶動井下抽油泵的柱塞作上下運動，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
抽油機抽油原理較為簡單，類似農(nóng)村壓水井。
1)上沖程
抽油桿柱帶著柱塞向上運動，柱塞上的游動閥受管內(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(沉沒壓力)與泵內(nèi)壓力之差的作用下被打開。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，游動閥被頂開。柱塞下部的液體通過游動閥進(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)磕頭機工作時，驢頭懸點上作用的載荷是變化的。上沖程時，驢頭懸點需提起抽油桿柱和液柱，在抽油機未進(jìn)行平衡的條件下，電動機就要付出很大的能量。在下沖程時，抽油機桿柱轉(zhuǎn)而對電動機做功，使電動機處于發(fā)電機的運行狀態(tài)。因此在抽油機未進(jìn)行平衡時，上、下沖程的負(fù)載極度不均勻，這樣將嚴(yán)重地影響抽油機的四連桿機構(gòu)、減速箱和電動機的效率和壽命，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，一般在抽油機的游梁尾部或曲柄上或兩處都加上平衡重。這樣一來，在懸點下沖程時，要把平衡重從低處抬到高處，增加平衡重 的位能。上沖程時，平衡重由高處下落，把下沖程時儲存的位能釋放出來，幫助電動機提升抽油桿和液柱，減少了電動機在上沖程時所需給出的能量。采用加平衡配 重的工作方式，在抽油機的一個工作循環(huán)中，有兩個電動機運行狀態(tài)和兩個發(fā)電機運行狀態(tài)。當(dāng)平衡配重調(diào)節(jié)較好時，其發(fā)電機運行狀態(tài)的時間和產(chǎn)生的能量都較 小。
另一方面是沖擊電流問題，游梁式抽油機是一種變形的四連桿機構(gòu)，其整機結(jié)構(gòu)特點像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。對于支架來說，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩相等或變化一致，那么用很小的動力就可以使抽油機連續(xù)不間斷地工作。在平衡率為100％時電動機提供的動力僅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，則需要電動機提供的動力越大。因為抽油載荷是每時每刻都在變化的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化，使得游梁式抽油機的節(jié)能技術(shù)變得十分復(fù)雜。因此，可以說游梁式抽油機的節(jié)能技術(shù)就是平衡技術(shù)。
除 上述兩方面問題外，油田采油的特殊地理環(huán)境決定了采油設(shè)備有其獨特的運行特點：在油井開采前期儲油量大、供液足，為提高功效可采用工頻運行，保證較高產(chǎn)油 量；在中后期，由于石油儲量減少，易造成供液不足，電動機若仍工頻運行，勢必浪費電能，造成不必要損耗，這時須考慮實際工作情況，適當(dāng)降低電動機轉(zhuǎn)速，減 少沖程，有效提高充盈率。
2、變頻游梁式抽油機上的優(yōu)勢
游梁式抽油機加裝變頻器后主要有以下3個方面優(yōu)勢：
(1) 大幅度提高了功率因數(shù)（可由原來的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”開支，這主要集中在供電企業(yè)對電網(wǎng)質(zhì)量要求較高的場合，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工作過程對電網(wǎng)的影響。
(2) 實現(xiàn)節(jié)能：一方面可根據(jù)油井的實際供液能力，動態(tài)調(diào)整抽取速度，達(dá)到節(jié)能目的，同時還可以增加原油產(chǎn)量。
(3) 由于實現(xiàn)了真正的“軟起動”，對電動機、變速箱、抽油機都避免了過大的機械沖擊，大大延長了設(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變頻器控制電機運行，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障停機時，變頻器結(jié)合控制柜電氣結(jié)構(gòu)會自動將控制狀態(tài)從變頻切為工頻，保證抽油機不停機。同時，在抽油機下行沖程時，變頻器結(jié)合外部制動電阻，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，將電機的運行工況、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
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參數(shù)ID
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參數(shù)名稱
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設(shè)定值
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備注
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P00.03
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啟停控制方式
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1
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P00.04
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頻率給定源
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根據(jù)系統(tǒng)而定
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P00.09
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加速時間
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根據(jù)需要設(shè)定
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P00.10
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減速時間
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根據(jù)需要設(shè)定
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P00.12
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鍵盤給定重新上電后初始值
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根據(jù)需要設(shè)定
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P00.14
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電機額定電流
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根據(jù)電機銘牌設(shè)定
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P00.16
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電機額定轉(zhuǎn)速
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根據(jù)電機銘牌設(shè)定
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P00.19
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電機功率因數(shù)
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根據(jù)電機銘牌設(shè)定
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3.4 HD700變頻器特點
1、輸入電壓范圍寬，更能適應(yīng)油田惡劣電網(wǎng)。
2、風(fēng)道獨立，惡劣環(huán)境適應(yīng)能力強。
3、模塊裕量設(shè)計大，過載能力強。
4、核心元器件全部使用國際知名品牌，穩(wěn)定可靠。
3.5 系統(tǒng)特點
采油井在開采過程中，油況可能隨時發(fā)生變化，變頻器可以實時將負(fù)載情況送到控制系統(tǒng)進(jìn)行分析計算，從而得到合理的轉(zhuǎn)速控制。同時，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改變輸出頻率，滿足了手動與自動控制的二合一功能，不僅節(jié)約了電能，還節(jié)省了人力物力。
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