數(shù)字化抽油機在機械采油中的應用探析

錢犇

（大慶油田裝備制造集團采油裝備制造分公司，黑龍江 大慶 163000）

在油田開采過程中，主要耗能設備為機械采油設備，其中抽油機超過90%，所以，抽油機的能耗情況對油田的整體能耗造成了較大的影響。在當前抽油機實際應用過程中，存在功率過高、效率偏低，而且平衡效果較差。為了能夠使這些問題得到解決，應該對數(shù)字化抽油機的實際應用進行總結(jié)，了解其中的優(yōu)勢和不足，以保障抽油機系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，使抽油機的運行效率得到提升，以此促進油田的生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)效益。

1 數(shù)字化抽油機概述

由智能化控制柜和游梁式抽油機共同組成數(shù)字化抽油機，將更多內(nèi)容和模塊融入游梁式抽油機中，主要包括控制模塊和實時采集模塊，以加強對抽油機的監(jiān)控和管理，盡可能地減少抽油機在運行過程中發(fā)生故障的概率，對抽油機中存在的安全隱患進行及時排查，通過遠程控制能夠?qū)Τ橛蜋C進行停機處理，避免發(fā)生更加嚴重的安全事故，保障抽油機系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。數(shù)字化抽油機的優(yōu)勢較為突出，與常規(guī)抽油機存在較大的差異，數(shù)字化抽油機的應用能夠有效降低工作人員的工作強度，實施自動化數(shù)據(jù)傳輸和采集，通過分析抽油機生產(chǎn)運行過程中的實際數(shù)據(jù)和參數(shù)，能夠?qū)Τ橛蜋C的運行狀況進行有效的控制和調(diào)整，使抽油機系統(tǒng)一直維持高效運行的狀態(tài)，使生產(chǎn)效率有效提升。目前，在油田生產(chǎn)過程中廣泛應用數(shù)字化抽油機，以此代替?zhèn)鹘y(tǒng)的抽油機，應用先進技術提高油田開采效率。在油田生產(chǎn)過程中，對相關管理措施進行不斷優(yōu)化和完善，能夠提高計算機控制系統(tǒng)的應用效果，確保抽油機的穩(wěn)定運行。

2 數(shù)字化抽油機的應用優(yōu)勢

將數(shù)字化抽油機應用于油田開采工作中，具有良好的數(shù)據(jù)采集功能。在開展井下作業(yè)時，能夠?qū)崟r收集抽油機的電壓和電流，也會收集抽油機的輸出功率，做好機械運行狀態(tài)的監(jiān)控工作，同時還要加強對所采集數(shù)據(jù)的分析和整理。通過數(shù)字化技術，能夠?qū)⒊橛蜋C的實際參數(shù)傳輸?shù)斤@示界面，相關監(jiān)督管理人員能夠更加清晰地了解抽油機的實際運行狀況，以提高數(shù)字化抽油機的應用效率和應用質(zhì)量。

數(shù)字化抽油機與傳統(tǒng)抽油機在控制方面存在較大的差異。在數(shù)字化抽油機中，包括手動控制、自動控制和遠程控制等諸多方式。在采油作業(yè)開展過程中，施工人員能夠根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行分析和研究，并選擇合適的控制方式。抽油機啟動后能夠通過多種方式進行操作，這三種方式都能夠?qū)Τ橛蜋C進行平衡調(diào)節(jié)，從而使抽油機控制的效率得到提升，也使抽油機控制技術具有較強的便捷性。

數(shù)字化抽油機中，自動調(diào)節(jié)功能和自動監(jiān)控功能較強。抽油機在實際應用過程中，能夠加強對所采集數(shù)據(jù)的分析，通過分析結(jié)果能夠了解抽油機的運行情況和運行狀態(tài)，并根據(jù)分析情況做好適當?shù)恼{(diào)整，調(diào)節(jié)抽油機的平衡，提高抽油機運行的穩(wěn)定性和安全性。而且應用數(shù)字化抽油機還能夠加強對減速箱的控制，提高抽油機的采油質(zhì)量，使其達到相關規(guī)定和標準，也能夠使其實現(xiàn)良好的節(jié)能效果。

數(shù)字化抽油機具有較強的監(jiān)測功能，能夠?qū)Τ橛蜋C運行沖次進行有效監(jiān)測，同時，能夠?qū)⒈O(jiān)測信息傳輸?shù)娇刂平缑妫刂迫藛T能夠根據(jù)油田的實際需求對抽油機的參數(shù)進行手動調(diào)整。數(shù)字化抽油機在應用過程中，也可以對沖次進行自動調(diào)節(jié)，合理地應用自動檢測功能，可以實現(xiàn)對油井開采工作和沖次次數(shù)實施監(jiān)測，根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)到最佳的開采方案，在降低能耗的同時，可以提高采油產(chǎn)量。

數(shù)字化抽油機控制系統(tǒng)可以有效監(jiān)測運行過程中存在的異常數(shù)據(jù)，同時，對數(shù)據(jù)進行分析和處理，做好相應的自我防護和自我保護措施，根據(jù)運行的實際情況開啟警報功能和提示功能，使管理人員加強關注，并對其中存在的問題進行及時處理。數(shù)字化抽油機控制系統(tǒng)中包括多種功能，分別為過流保護功能、超速保護功能、短路保護功能、超載保護功能和雷擊保護功能等，這些功能的存在，可以確保數(shù)字化抽油機在油田開采過程中的穩(wěn)定運行，提高油田的開采質(zhì)量和開采效率，促進油田行業(yè)的發(fā)展，提高社會經(jīng)濟效益。

數(shù)字化抽油機在應用過程中具有兩種控制回路，包括變頻控制回路和工頻控制回路，都對抽油機能夠起到有效保護作用。在抽油機啟動過程中，變頻控制回路能夠使啟動電流有效降低，提高抽油機啟動的安全性。變頻控制回路還能夠?qū)Τ橛蜋C的運行狀態(tài)進行有效控制，避免抽油機的內(nèi)部電路，出現(xiàn)異常運行和超負荷的情況。

3 數(shù)字化抽油機在機械采油中的應用

3.1 自動平衡調(diào)節(jié)技術

抽油機在實際工作過程中，會受到多方力的沖擊和影響，導致懸點處荷載發(fā)生較大的變化，如果不能采用合理的方法對抽油機進行平衡，就會導致抽油機的運行效率大幅度下降，還會縮短電動機和減速箱的使用壽命。如果抽油機長期處于不平衡的狀態(tài)，會對各個連接螺栓造成影響，甚至可能會出現(xiàn)螺栓斷裂的情況和抽油機翻機事故。為了對這一問題進行有效解決，可以將數(shù)字化抽油機應用其中。數(shù)字化抽油機中的自動平衡調(diào)節(jié)裝置具有操作簡單、結(jié)構緊湊、維護方便和可靠性高等諸多優(yōu)勢，可以根據(jù)抽油機運行狀況自動調(diào)節(jié)平衡狀態(tài)。抽油機平衡調(diào)節(jié)裝置中包括諸多配件，分別為旋轉(zhuǎn)梁、渦輪絲桿升降機、支座、固定梁等，通過這些配件的相互配合和相互協(xié)調(diào)，能夠有效實現(xiàn)抽油機的自動化平衡。

3.2 最佳沖次判定和調(diào)節(jié)技術

對油井工況最主要的判斷依據(jù)就是油井示功圖，通過對油井示功圖進行分析，能夠?qū)τ途漠a(chǎn)量進行明確。所以通過對供液能力示功圖和理論示功圖比值進行分析，能夠?qū)τ途┮耗芰M行有效判斷，也能夠根據(jù)相關數(shù)值和參數(shù)開展抽油機沖次的自動控制。為了能夠?qū)Τ橛蜋C的數(shù)據(jù)采集工作、運算工作和控制工作進行優(yōu)化，提高系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，可以將最佳沖次判定技術和相關裝置應用于數(shù)字化抽油機中。首先，需要了解目前此種情況下抽油機的荷載位移功圖，通過對計算機的應用，能夠了解當前抽油機的產(chǎn)液量。其次，要對抽油機沖次進行改變，然后再對示功圖進行重新獲取，通過相應計算能夠得到對應的產(chǎn)液量。最后，將兩次所得產(chǎn)液量進行對比，如果比值小于1，則為最佳沖次，如果比值大于1，需要重復以上步驟，直到比值小于1。在容量較小的抽油機智能控制柜中，可以實現(xiàn)最佳沖次判定程序的穩(wěn)定運行。由于在應用過程中采用的是產(chǎn)液量的相對變化值，而不是絕對值，所以在改變前后和油井參數(shù)相關的方程計算比值可以忽略，只需要荷載位移功圖的變化情況進行對比。通過應用數(shù)字化抽油機，能夠?qū)崿F(xiàn)獨立的數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)控制和數(shù)據(jù)采集，減少對上位機的依賴，能夠使系統(tǒng)運行的可靠性和安全性顯著提升。

3.3 智能控制技術

在當前油田采油過程中，常見的采油方式為有桿泵抽油。這種結(jié)構主要分為三部分，分別為抽油桿柱、井下抽油泵和地面驅(qū)動設備。其中，地面驅(qū)動設備又可以稱為抽油機，是由減速器、驅(qū)動電機、平衡塊和游梁等諸多部分共同組成的。在實際運行過程中，電機帶動減速器和平衡塊共同運動，使驢頭呈現(xiàn)出圓弧狀，確保安裝在驢頭上方的吊繩進行有效運動，驢頭與平衡塊朝著相反的方向運動，在雙方力矩基本相同的情況下，一方提高勢能，可以正好對另一方釋放的勢能進行吸收，所以只需要對抽油機的平衡進行有效調(diào)節(jié)，除了機械磨損外，電機所有做功，都能夠用來提高液油的勢能。但是，抽油機在實際運行過程中存在發(fā)電問題和周期性交變荷載問題，所以在實際應用過程中，以此來實現(xiàn)平衡調(diào)節(jié)，只能通過負載特性進行充分考慮和控制。

井下抽油泵屬于一種較為特殊的往復泵，能夠使動力從地面抽油桿傳遞到井下，實現(xiàn)抽油桿的往復運動。抽油泵中主要包括柱塞、泵筒、游動閥、固定閥等組成。在上沖程過程中，下腔容積逐漸增大，降低壓力，通過上下壓差能夠打開固定閥，使原油進入下腔中。此時，在上下壓差的作用下，使游動閥關閉，將上腔內(nèi)的原油排放到地面。在下沖程過程中與之相反，柱塞通過一上一下實現(xiàn)一次循環(huán)，在實際運動過程中進行反復循環(huán)。在抽油工作開展過程中，最直接的設備就是抽油泵，對抽油泵的運行質(zhì)量和運行效率不斷提升，能夠提高石油開采量，促進石油行業(yè)的發(fā)展。

智能控制屬于一種混合控制模式，其中不僅包括數(shù)字解析模型，同時也包括非數(shù)字廣義模型。智能控制對象主要包括具有不完全性、復雜性和模糊性的非數(shù)學過程。通過相關知識進行分析和推理，對求解過程進行啟發(fā)和引導。智能控制技術中最主要的內(nèi)容并不是數(shù)學模型，而是對任務進行處理以及世界模型的符號、描述、環(huán)境識別和推理機的開發(fā)和設計。智能控制系統(tǒng)中的重點在于智能機模型，而非常規(guī)控制器。智能控制系統(tǒng)具有較強的學習功能，能夠?qū)σ粋€環(huán)境和過程中的位置特征進行有效學習，從中得到了相應的經(jīng)驗，以此做好進一步的分類和控制工作，從而改善整體性能。智能控制系統(tǒng)還具有較強的適應能力，正視能力是不依賴模型的自適應。如果系統(tǒng)中出現(xiàn)異常和故障，系統(tǒng)能夠?qū)收线M行自動檢查和分析，也能夠進行自我修復。智能控制系統(tǒng)對于一些較為分散的成本信息和復雜任務都有較強的協(xié)調(diào)能力，而且在實際應用過程中還具有一定的靈活性和主動性。

3.4 節(jié)能技術

由于當前油田開采過程中，所應用的抽油機消耗能量較大，所以節(jié)能問題已經(jīng)受到了社會各界的廣泛關注。對抽油裝置的電機進行合理選擇，能夠?qū)?jié)能工作具有重要影響。抽油機在實際運行過程中，電機通常處于輕載狀態(tài)，運行功率和運行效率都相對較低。主要是由于抽油機的運行特點，和三相異步電動機的特性不符，將變頻調(diào)速器應用其中，能夠提高矢量控制效率，同時根據(jù)抽油機的特點可以對電動機的輸出功率進行自動調(diào)節(jié)，不僅能夠減少電流，還能夠提高系統(tǒng)的功率，有效降低變壓器的負擔，也對線損問題進行有效緩解。可以通過調(diào)整機械來對抽油機的沖程頻次進行合理調(diào)整，在調(diào)整完成后不能隨意更改。變頻調(diào)速能夠根據(jù)實際運行情況實現(xiàn)對抽油機的轉(zhuǎn)速的適當調(diào)整，對整泵的滿意度進行調(diào)整，提高抽油機的運行效率，提高原油產(chǎn)量，減少功率消耗。

4 結(jié)語

總體而言，數(shù)字化抽油機是當前采油工作當中較為先進的設備。數(shù)字化抽油機是將先進的信息技術、傳感器和集成電路等內(nèi)容融入其中。數(shù)字化抽油機在實際應用過程中具有諸多優(yōu)勢，本文針對這些內(nèi)容進行分析，能夠?qū)?shù)據(jù)進行有效采集，優(yōu)化控制方法，提高自動調(diào)節(jié)功能，而且還能夠?qū)ψ詣颖O(jiān)測功能進行優(yōu)化和完善。通過這一技術的應用可以對采油工作中存在的諸多問題進行有效解決，延長機械設備的使用壽命，提高油田的開采效率，提高石油行業(yè)的經(jīng)濟效益。