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1、前言
    隨著老油田進入中后期開采階段，油井地層能量逐步降低，只有按照“充分挖掘油井生產能力，兼顧電能消耗最小”的原則，才能實現油井生產的效益最大化。但是國內外廣泛采用的抽油機由于其機械特性的特殊原因，造成了抽油機的動力系統大部分運行在“大馬拉小車”的工作狀態，動力系統的效率一般低于30%，造成了效率低下、能耗高、采油成本居高不下的局面。
    為了改善抽油機井面臨的這種局面，在保留常規抽油機井配電柜全部功能的基礎上，根據抽油機井的工況及抽油機的工作狀態變化，以有桿抽油系統設計理論為依據，以全數控電力拖動為基礎，綜合應用變頻調速技術、過程控制技術、電力電子技術和微電腦技術和傳感器技術，按照機電一體化的設計思想，通過增加功圖，壓力．電量、油溫等參數與時間的連續采樣，綜合分析判斷電機、抽油機、抽油泵工作狀況，自動優化油井生產制度等，研制出一種可以自動調節抽汲參數的抽油機井智能一體化配電柜，它可以根據每口油井實時檢測的工況數據，進行實時分析，及時自動調節抽汲參數，實現抽油機井智能化閉環控制，使抽油機始終在最佳參數下運行，實現節能及提高抽油系統效率的目的。
2、配電柜的總體結構
    抽油機井智能一體化配電柜采用模塊化結構，可根據要求進行擴容組件，不影響其它功能模塊使用。其整體框圖如圖1所示。
  下面介紹一下配電柜的各組件。
    (1)無線通訊模塊將存儲在數據采集控制器里的各種井口工況數據，通過GPRS/CDMA/SCDMA/EVDO等無線網絡數傳到油田信息中心．
    (2)功圖測試傳感器、數字壓力傳感器、數字溫度傳感器，三相電量采集模塊等，采用微功耗芯片和短距離先進的數字無線傳輸技術-2.4G/Zigbee方式（即傳感器測量及無線通訊融為一體），實時采集功圖、壓力、溫度、電量參數，并傳輸到數據采集控制器。傳感器信息獲取技術從過去的有線式單一化漸漸向集成化、微型化和無線網絡化方向發展。
    (3)無線功圖測試傳感器實時檢測抽油機懸點的位移數據和載荷數據，從而實現功圖測試。該功圖傳感器通過加速度器件采集運動加速度，通過計算得到抽油機懸點的位移數據，使位移測試更加簡單。
    (4)變頻控制器單元使得控制器與電機獲得最佳匹配，以保證抽油機系統始終工作在最佳變頻的狀態下。
    (5)抽油機智能間抽控制器，結合電機電流、功率、示功圖、壓力動態變化曲線等，并運用新型的供排理論進行數據分析，能夠快速分析油井產液規律及其變化情況，實現在油井產量不減的前提下，制定出油井最佳間抽方案，即有油就抽、無油就停，從而達到節電降耗的目的。
    (6)三相電量采集模塊采用低功耗單片機，完成模塊數據采集處理，可測量三相交流電壓，電流，有功功率，功率因素等電參量。
    (7)電力控制電路由空氣開關，交流接觸器、電機綜合保護器、功率因數補償電容、中間繼電器、斷路器和接
線端子等構成。它具有通用配電柜的全部功能，有獨立于自動控制的手動操作面版，能進行手動／自動切換。
    (8) 110模塊是系統輸入、輸出的橋梁。它處理傳感器的輸入信號并傳送給數據采集控制器，接受并執行控制系統對外部設備的各種控制指令。
    (9)數據采集控制器能按設置要求實時采集各種工況數據及控制，所有的工況數據在現場配電柜中可儲存一個月以上，且能使用U盤、筆記本、PDA或其它網絡設備讀取工況數據。
3、功能及特點
    5.1功能
    (1)油井工況數據自動巡檢。實時采集三相電流、三相電壓、正反向有功功率和電量、正反向無功功率和電量、平衡度，功率因數等全部電參數，實現載荷、位移、沖次、油壓、套壓、回壓，油溫等生產數據進行遠程自動采集、顯示、記錄和存儲。
    (2)油井工況自動診斷分析。根據相關監測數據自動生成示功圖、電流圖、功率圖等，實時進行示功圖診斷分析，工況故障診斷分析；計算油井產液量、泵效、單井能耗、單機效率及整個區塊的平均系統效率等參數，并實現相關數據的打印、輸出等。
    (3)優化運行。對于供液量充足的油井，按建議加快抽油速度，對于供液不足的油井，自動放慢抽油速度，并進行間抽。如果井口電機安裝變頻控制器，則可將優化建議應用于實際控制過程中。可以設置一組建議參數讓操作人員選擇，如操作人員未干預，就按默認方式進行控制運行。
    (4)電機綜合保護功能。電參量計量，存儲與實時監測，并記錄抽油機電機的電流、電壓，功率因數以及過流、過載、缺相等情況。如電機運行出現突發性故障或嚴重超出界限值時，系統能及時發出聲光報警，給予提示，無應答時能夠自動緊急跳閘斷電，實現對機組的保護。
    (5)聯鎖控制。具備油井工況與變頻控制器、間抽控制器等聯鎖控制功能}控制模式采用手／自動，本地／遠程的方式。
    (6)故障自檢。故障自檢是指現場數據采集控制器進行的故障自檢，包括各傳感器故障、變送器故障、自身故障等，如果這些故障出現，它將及時向上位機匯報請求支援。如果井場不能與上位機通訊，則自動轉入獨立運行程序，上位機則做報警并予以記錄。
    (7)紅外探測防護功能。紅外三鑒探測器和語音報警配合，在自動啟動前若有人，畜進入非安全區則系統進入待機狀態，語音報警受控工作，直至物體離開，防止誤傷人畜等意外事故的發生。
    (8)抽油機安全啟動功能。模擬人工啟停抽油機操作，實現抽油機電機低負荷自動安全啟動。通過遙控器可以實現對抽油機的非接觸式啟停控制操作，增強抽油機啟停操作的安全性。
    (9)報警功能。油井現場監控設備連續采集各傳感器數據，并對數據進行分析處理。具有停電、停機、回壓異常、缺相及電流異常等報警功能；開機前進行80分貝標準語音（或其它聲音信號）報警。
    (10)生產數據管理。自動記錄油井工況數據及油井故障情況，生產報表、圖表并打印；對歷史數據、狀態參數、控制量生產運行日志進行查詢，并可實現與油田局域網的數據共享。
    3.2特點
    (1)全無線微功耗數字化傳感器應用，解決了傳統傳感器輔設信號線，排除了信號線故障，大大降低了維護工作量，使用性能更加可靠。
    (2)整合了油井工況數據巡檢、工況自動診斷分析、產液量計算、電力控制、液晶顯示及觸摸屏技術，優化了主機的節能功能。
    (3)在保留常規抽油機節電控制柜全部功能的基礎上，以有桿抽油系統設計理論為依據，通過增加功圖、壓力、電量、油溫等參數與時間的連續采樣，通過綜合分析判斷電機、抽油機、抽油泵工作狀況，自動優化油井生產制度，實現抽油機井智能化閉環控制。
    (4)采用模塊化設計方法，既便于系統功能的各種組合和修改，又便于抽油機廠家配套設備在油田上的應用。
    (5)配電柜符合油田生產管理的規定，滿足相關人員日常使用的需要，并滿足操作過程中直觀、方便、實用，安全等要求。
4、結論
    抽油機井智能一體化配電柜在保留常規抽油機井配電柜全部功能的基礎上，以有桿抽油系統設計理論為依據，通過增加功圖，壓力、電量、油溫等參數與時間的連續采樣，通過綜合分析判斷電機、抽油機、抽油泵工作狀況，自動優化油井生產制度，實現抽油機井智能化閉環控制。研究成果形成了具有手動啟動和停止或自動延時自啟動，電機軟啟動、變頻調速、間歇式采油控制、電機保護、油井工況巡檢、產液量計算等功能的油井電動機專用控制與保護裝置。現場應用表明，該配電柜采集數據可靠、工況分析準確、頻率調整科學、現場應用穩定，并可實現節能及提高抽油系統效率的目的。
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