摘要：近几年随着长庆油田原油产量的不断提高，生产耗电越来越大，电费支出已占原油生产成本的25%-30%。如何节能，已是原油生产企业不得不考虑的一项重要的降低生产成本的指标。本文介绍了抽油机智能DTC（直接转矩控制）节电装置控制原理、特点，并对应用效果进行分析。
关键词：抽油机；直接转矩控制；节能
Abstract：Inrecentyears,theChangqingOilfieldcrudeoilproductioncontinuestoimprove,thepowerconsumptionofproductionismoreandmorebig,electricitycostsaccountforthecostofproducingcrudeoil25%-30%.Howtosaveenergyistheoilproductionenterpriseshavetoconsideranimportanttoreducethecostofproductionindex.ThispaperintroducestheintelligentpumpingunitsDTC(directtorquecontrol)power-savingdevicecontrolprinciple,characteristics,andtoanalyzetheapplicationeffect.
Keywords:pumpingunits;directtorquecontrol;energysaving
一、项目概要
随着近几年长庆油田的快速发展，原油生产耗电越来越大，电费支出已占原油生产成本的25%~30%。而抽油机是油田上的主要用电设备，每天需要消耗大量的电能，其电费开支占采油系统费用支出的60%以上。由于其负载是以抽油机冲程为周期连续变化的周期性负载，在这种负载条件下，存在效率低、能耗大、冲程和冲次调节不方便等明显的缺点。抽油机如何节能，已是原油生产单位不得不考虑的一项重要的降低生产成本的指标。
油田的油井井下的储油量是发生变化的，在油量不能使抽油机设备满负荷运行时，就必须采用控制装置，将抽油机的冲次降低，调整到油量能满足的速度，使每一口油井都能根据油量的多少设定速度。这种方式可以省去因不满负荷而多耗的电能，可称为是一种省时省力节能高效的方式。将大大减少采油成本，增加产量。
在不影响油井产量的前提下，如何控制和降低开采成本、提高经济效益始终是油田普遍关心的问题，尤其是中低产井检泵时间短、耗电量大、机械设备（抽油机、油管、油杆等）磨损折旧严重，导致吨油成本居高不下。利用智能节电控制装置，可以提高采油系统的效率、降低吨油成本、提高产量，使抽油机的工作参数更适合地下工况，调整更方便容易，有效解决起动冲击大，运行耗电多，大马拉小车、效率低下等。
对于中、低粘度原油，高含水量的开采井,抽油机理想工作方式应为“慢上快下”、“慢上”有利于提高抽油泵的充满程度,有利于提高每一冲次的排液量，同时“慢上”能有效减小悬点的附加动载荷，从而减小冲程损失，改善采油设备的工作条件，延长设备的使用寿命。“快下”有利于抽油泵固定阀的及时关闭，提高泵效，节省时间，提高单位时间的采油量。对于高产井、高含水井，适当增加冲次，以实现“快上快下”增加产液量30%左右。对于低产井，在现实实验中发现如果提高冲次，排液量不增反降，而降低冲次则排液量反而增加20-30%左右，同时节省了电能，延长了抽油机、油管、油杆的寿命，其经济效益是惊人的。总之，对于不同的工况，合理的选取运行参数，使油井的供采关系达到平衡，达到增产节能的目的。
二、国内外技术现状
目前，国内主要应用的技术为两类，采用软起调压节能技术，这类产品由于调整电机电压不能满足抽油机电机的负载特性力矩动态大范围周期变化要求,节能不明显。另一类为变频器，只是单一调整频率，不能完全满足抽油机实际需要及抽油机的工作参数不能适合井下工况。
三、抽油机智能DTC节电装置
一、直接转矩控制
电机直接转矩控制技术（DTC）是交流传动领域电机控制方式的一次革命。直接转矩控制与传统控制方式不同，它不是通过控制电机电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制，在准确观测定子磁链的空间位置和大小并保持其幅值基本恒定以及准确计算负载转矩的条件下，通过控制电动机的瞬时输入电压来控制电机定子磁链的瞬时旋转速度，来改变它对转子的瞬时转差率，可以实现电机速度与转矩的精确控制，通俗讲可以作到使电机按需出力。
二、控制原理
从抽油机电机的负载特性分析，主要是力矩动态大范围周期变化，频率控制处于第二位，这就要求控制器具有力矩快速响应能力、高力矩输出能力。而只有运用DTC技术的智能装置才具有此功能。抽油机专用智能节能驱动解决方案主要是根据油田实际情况，以及梁式抽油机的机械结构，开发出HPL380型抽油机电机节电控制器，它能自主判断抽油机运行的上下冲程，根据油井的实际情况，实时调节上下冲程的速度，从而在实际抽油时，不更改每分钟的抽油次数，但增加每次抽油时的采油量，提高抽油机的产量。智能节能方案通过调整装置内部的频率参考值，保证抽油时间（SPM）恒定。所有的参考指令都将折算为每分钟的抽油次数。控制的原理是：对正常工作给出合适的电流限制，在电动状态下，电机实际速度低于参考值；在发电状态下，允许电机速度高于参考值，从而保持平均的恒定抽油时间。当使用平衡负载应用时对上下冲程使用两种不同的参考频率值。
三、节电装置优点
1、高效节能，增产
当抽油机处于发电运行状态时，智能装置自动提高电机的运行速度，并储存发电运行产生的能量，与传统设计方案相比，减少了不必要的能量损失。节能40%---20%传统设计发电运行产生的能量消耗在电阻上。
2、操作简单
用户可根据油井地层供液能力
的变化很方便的调整电机的转速，使抽油机的冲次与地层供液能力达到合理的匹配，提高系统效率，达到了节电的效果。智能装置的显示面板可以直接显示输出电压，输出电流，输出频率冲程等。变频器的运行频率参考值可随时设置，修改抽油机的抽油次数十分便利。
3、对电源和负荷变化的快速响应
DTC可以产生小于5毫秒的转矩阶跃上升时间，而其它无传感器电机控制方式则需要100毫秒以上。这一超乎寻常的转矩阶跃响应意味着HPL380能够对控制过程和电源侧的瞬态变化做出极其快速的响应。这对掉电、负载突变和过压等情况的处理变得非常容易。
4、完整的电机保护及自检功能
HPL380具有完整的自检功能，可以即时的检测到电机运行过程中所有重要的信息，对异常变化会及时作出反应。在输入断相，输出断相、输出短路、过流、过压等非正常情况下对电机提供全面完整的保护，可完全替代抽油自带控制箱。
5、运行安全，性能可靠
驱动控制无需任何PLC，而是基于变频器的专用控制程序实现，并且具有工频和智能操作方式，这两种操作方式互锁，并相互独立，智能装置具有宽广的输入电压范围，因此使系统的运行更安全，性能更加可靠。
四、结论
2013年4月选择在第四采油厂化XX-XX井进行HPL380型抽油机节电控制器现场测试，该井投产两年，产量下降快，井深2000米，抽油机电机处于大马拉小车状态，效率低，符合试验要求。
经两个月的运行，进行了HPL380型抽油机节电控制器节能效果对比测试，经分析，节能效果达到20%以上要求。
目前长庆油田约有4万口油井，油田生产过程中需要消耗大量的电能，抽油机采用智能DTC节电装置有很好的推广应用价值，会给企业节能降耗做出巨大的贡献。
参考文献
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【2】张晓玲,于海迎.抽油机的节能技术及其发展趋势[J].石油和化工节能，2007，（2）.
【3】徐甫荣，赵锡生.抽油机电控装置节能综述[J].电气传动自动化，2005，（5）.
第一作者简历：李小川，男，1980年生，2001年毕业于西安石油大学工业自动化专业，获得学士学位，工程师，目前从事油气田地面工程建设电气设计，主要工作内容为110kV及以下输变电设计、建筑电气设计、油气田站场及工厂供配电设计。工作单位：西安长庆科技有限责任公司，陕西西安，710018
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