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1 前言
目前國內最常用的抽油機種類有遊梁式抽油機、塔架式抽油機和螺杆泵式抽油機三種，其中螺杆泵式抽油機近些年發展迅猛，是一種適用於高粘度、高含砂、高氣油比原油開采的機械采油設備，螺杆泵抽油機作為一種簡單、高效、經濟節能的人工舉升方式，在稠油與含砂含水原油的開采中得到了廣泛的應用。
螺(luo)杆(gan)泵(beng)采(cai)油(you)係(xi)統(tong)又(you)分(fen)為(wei)地(di)麵(mian)驅(qu)動(dong)型(xing)和(he)井(jing)下(xia)驅(qu)動(dong)型(xing)，其(qi)中(zhong)地(di)麵(mian)直(zhi)驅(qu)螺(luo)杆(gan)泵(beng)在(zai)井(jing)下(xia)采(cai)用(yong)普(pu)通(tong)螺(luo)杆(gan)泵(beng)，在(zai)井(jing)口(kou)驅(qu)動(dong)，結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)，技(ji)術(shu)成(cheng)熟(shu)，目(mu)前(qian)國(guo)內(nei)各(ge)油(you)田(tian)的(de)螺(luo)杆(gan)泵(beng)多(duo)采(cai)用(yong)此(ci)種(zhong)驅(qu)動(dong)方(fang)式(shi)。地(di)麵(mian)直(zhi)驅(qu)螺(luo)杆(gan)泵(beng)采(cai)用(yong)永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)，配(pei)備(bei)台(tai)達(da)C2000高階磁束向量通用型變頻器，停機時采用變頻器與外接電阻兩級製動，整個係統簡單緊湊，運行可靠，達到了很好的節能效果。
2 直驅螺杆泵係統組成與工作原理
地麵直驅螺杆泵係統作為一種優秀的人工舉升方式，在稠油井、攜砂采油井上顯示出比其它采油方式更加明顯的優越性。
2.1係統組成
地麵直驅螺杆泵係統由井底螺杆泵、抽油杆柱、抽chou油you杆gan扶fu正zheng器qi及ji地di麵mian驅qu動dong係xi統tong等deng組zu成cheng。工gong作zuo時shi，由you地di麵mian動dong力li帶dai動dong油you杆gan柱zhu旋xuan轉zhuan，連lian接jie於yu抽chou油you杆gan底di端duan的de螺luo杆gan泵beng轉zhuan子zi隨sui之zhi一yi起qi轉zhuan動dong，井jing液ye經jing螺luo杆gan泵beng下xia部bu吸xi入ru，由you上shang端duan排pai出chu，並bing從cong油you管guan流liu出chu井jing口kou，再zai通tong過guo地di麵mian管guan線xian輸shu送song至zhi計ji量liang站zhan。
2.2工作原理
螺luo杆gan泵beng是shi靠kao空kong腔qiang排pai油you，即ji轉zhuan子zi與yu定ding子zi間jian形xing成cheng的de一yi個ge個ge互hu不bu連lian通tong的de封feng閉bi腔qiang室shi，當dang轉zhuan子zi轉zhuan動dong時shi，封feng閉bi空kong腔qiang沿yan軸zhou線xian方fang向xiang由you吸xi入ru端duan向xiang排pai出chu端duan方fang向xiang運yun移yi。封feng閉bi腔qiang在zai排pai出chu端duan消xiao失shi，空kong腔qiang內nei的de原yuan油you也ye就jiu隨sui之zhi由you吸xi入ru端duan均jun勻yun地di擠ji到dao排pai出chu端duan。同tong時shi，又you在zai吸xi入ru端duan重zhong新xin形xing成cheng新xin的de低di壓ya空kong腔qiang將jiang原yuan油you吸xi入ru。這zhe樣yang，封feng閉bi空kong腔qiang不bu斷duan地di形xing成cheng、運移和消失，原油便不斷地充滿、擠壓和排出，從而把井中的原油不斷地吸入，通過油管舉升到井口。
圖1 螺杆泵結構圖
3 直驅螺杆泵反轉特性
螺杆泵在失去外力驅動或停機時存在反轉問題，造成螺杆泵反轉一般有兩個原因：yigeshizailuoganbenggongzuoshi，chuandongdianjidelijutongguojinqianmidechouyouganchuandidaobengtishang，chouyouganbiranchanshengdanxingbianxingheyigeniuzhuanjiao，jinerchucundanxingnengliang，dangqudongdianjimeiyouqudonglijushi，chouyouganjiuhuidaidongjixiexitongfanfangxiangniuzhuan；lingyigeshiqudongxitongtingjishi，youyuyoutaoguanneicunzaiyeweicha，jinqianmideyouyeshoudaozhonglizuoyonghuicongyouguanneihuiluo，yemiandeyaliyehuishiluoganbengzhuanzichanshengfanzhuan。
螺杆泵反轉可能會造成杆柱脫扣、光杆甩彎，地麵驅動裝置零部件損壞，還可能會危害操作人員的安全，因此合理解決直驅螺杆泵的反轉問題尤為重要。
4 係統設計
台達C2000變頻器開環控製永磁同步電機，通過抽油杆直接驅動井下螺杆泵運轉，在係統停機時，變頻器通過自帶PLC可ke編bian程cheng功gong能neng先xian行xing控kong製zhi螺luo杆gan泵beng反fan轉zhuan，讓rang螺luo杆gan泵beng的de反fan向xiang轉zhuan矩ju在zai受shou控kong的de情qing況kuang下xia得de到dao緩huan慢man釋shi放fang，同tong時shi根gen據ju永yong磁ci電dian機ji的de發fa電dian機ji特te性xing，在zai電dian機ji轉zhuan子zi的de各ge相xiang繞rao組zu加jia上shang適shi當dang的de能neng耗hao電dian阻zu，使shi螺luo杆gan泵beng係xi統tong運yun行xing更geng加jia可ke靠kao。
4.1 C2000變頻器特點
台達C2000高階磁束向量通用型變頻器集驅動（IM/PM）、控製（PLC）、顯示（文本）、以及多種協議現場總線技術於一體，內建CANOpen可做主站。具有高性能、易維護、多語言操作等特點。具體來講，異步及同步電機控製一體化，具有多種控製模式，對電機可實現開閉環控製；啟動轉矩在0.5HZ時可達150%以上，並支持重載模式；過載能力最大200%轉矩電流；內置PLC功能，程序容量10K步；強大的麵板編輯功能，相當於文本使用，並且麵板參數設定有文字提示，使用簡便；模塊化設計，控製端子及風扇可拆卸，並支持穿牆式安裝；豐富的網絡擴展功能，內建CANOpen，可擴展ProfiBUS、DeviceNet、MODBUS TCP、EtherNet-IP現場總線及以太網絡卡；50℃運轉環境溫度，全球安規兼容於CE/UL/CUL。
4.2 永磁同步電機開環調試方法
C2000變頻器在速度模式下開環帶動永磁同步電機運轉，變頻器在初次與電機使用時，需要學習電機參數，並做功能設置，相關設定步驟如下：將00-02設為9，回歸出廠值；依次按照05-33=1 PM馬達、05-35電機功率、05-37電機極數、01-00最大頻率、01-02額定電壓、05-34電機電流、05-36電機轉速、05-38電機慣量、01-01額定頻率設置參數；將05-00設為13，然後按數字麵板的RUN鍵(jian)，此(ci)時(shi)電(dian)機(ji)開(kai)始(shi)自(zi)動(dong)偵(zhen)側(ce)，數(shu)十(shi)秒(miao)後(hou)，偵(zhen)測(ce)完(wan)成(cheng)，偵(zhen)測(ce)正(zheng)確(que)後(hou)向(xiang)下(xia)繼(ji)續(xu)進(jin)行(xing)，偵(zhen)測(ce)失(shi)敗(bai)後(hou)，請(qing)檢(jian)查(zha)第(di)二(er)步(bu)內(nei)的(de)參(can)數(shu)設(she)置(zhi)是(shi)否(fou)正(zheng)確(que)，重(zhong)新(xin)偵(zhen)測(ce)；將00-10=0（速度控製），00-11=6（控製方式），按要求設定01-12，01-13加減速時間；設定10-39（IM與PM馬達控製切換點），一般為最大頻率的0.2倍，但不要小於5；將11-00設為1（慣量估側），並設定11-01係統慣量值；
圖2 永磁同步電機調試步驟
4.3 直驅螺杆泵控製原理
直驅螺杆泵抽油機在變頻櫃門板上進行操作，變頻控製櫃門板上有啟動、停止、故障複位按鈕，並有運轉指示燈和電位計調整電機轉速旋鈕（如圖3），可以在現場對變頻櫃進行實時操作。
直驅螺杆泵的工作狀態可以分為正轉運行狀態，變頻器製動狀態及能耗製動狀態。
圖3 變頻控製櫃麵板
4.3.1正轉運行狀態
直驅螺杆泵在采油階段時，C2000變頻器通過內置PLC功能帶動永磁同步電機保持正轉運行，通過控製櫃上的電位計來調整電機運行轉速，變頻器RA1與RA2輸出變頻器運行和故障狀態，變頻器控製部分接線圖如圖4（MI1為故障複位輸入）。
圖4 變頻器控製部分接線圖
C2000變頻器在運行前需要通過操作麵板開啟PLC功能，同時通過Delta WPLSoft軟件將控製程序通過RS485接口輸入至變頻器內。
變頻器默認的通訊格式為9600、7、N、2，通訊站號為2（變頻器PLC站號），在Delta WPLSoft的通訊設置內需要與其保持一致，電腦方可與變頻器正常通訊。正轉部分程序如圖5。
圖5 變頻器正轉PLC部分程序
4.3.2變頻器製動狀態
當控製係統發出停機命令時，C2000變頻器先通過PLC功能來製動螺杆泵反轉（采用的方式為轉矩檢測製動或恒速定時製動方式），以防止抽油杆存儲的彈性勢能及油管內環空靜液柱作用導致抽油杆高速反轉而產生嚴重後果。
通過台達C2000變頻器的一級製動方式，螺杆泵的反轉扭矩在受控的情況下得到了緩慢釋放。
變頻器在反轉時的相關數據（如運行時間，電流變化值等）可以通過變頻器未使用的參數項來輸入，例如04-00，04-01項等。
反轉部分PLC程序如圖6。
圖6 變頻器反轉PLC部分程序
4.3.3能耗製動狀態
當(dang)變(bian)頻(pin)器(qi)停(ting)止(zhi)製(zhi)動(dong)輸(shu)出(chu)後(hou)，利(li)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)輸(shu)出(chu)點(dian)將(jiang)變(bian)頻(pin)器(qi)與(yu)永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)端(duan)動(dong)力(li)連(lian)線(xian)斷(duan)開(kai)，同(tong)時(shi)讓(rang)永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)轉(zhuan)子(zi)繞(rao)組(zu)與(yu)三(san)相(xiang)外(wai)接(jie)耗(hao)能(neng)電(dian)阻(zu)接(jie)通(tong)，開(kai)始(shi)二(er)級(ji)製(zhi)動(dong)（能耗製動原理圖如圖7）。
采用製動以後的運行過程是：chouyouganyouyuyouchucundefanzhuannengliangdaidongdianjizhuanzifanzhuan，dianjijiaosuduzhujianzengda，youyuyongcidianjitexing，zhuanzishangyouyongcicichang，yincihuizaidianjiraozuzhongchanshengganyingdianshi，ganyingdianshitongguohaonengdianzuxingchenghuilu，chanshengdianliu，gaidianliuchanshengyuzhuanxiangxiangfandezhidongliju。dianzuyuexiao，zhidonglijujiuyueda，zhuanhuachengderenengyeyuexiao，chouyougantingxialaideshijianyejiuyuechang，yinciyaogenjujingkuangbutongerxuanzezuiyouhaonengdianzushuzhi。
耗(hao)能(neng)電(dian)阻(zu)製(zhi)動(dong)的(de)方(fang)式(shi)不(bu)僅(jin)能(neng)起(qi)到(dao)二(er)級(ji)製(zhi)動(dong)的(de)效(xiao)果(guo)，還(hai)在(zai)變(bian)頻(pin)器(qi)或(huo)控(kong)製(zhi)櫃(gui)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)時(shi)，保(bao)證(zheng)螺(luo)杆(gan)泵(beng)能(neng)量(liang)得(de)到(dao)有(you)效(xiao)的(de)控(kong)製(zhi)釋(shi)放(fang)，使(shi)係(xi)統(tong)控(kong)製(zhi)更(geng)加(jia)可(ke)靠(kao)、安全。
圖7 能耗製動原理圖
5 係統節能
采油井在開采過程中，油況可能隨時發生變化，而C2000變頻器可以通過內置PLCgongnengzidongzhencedianjishuchuqingkuang，tongguobianpinqineibuyunsuanhelitiaozhengshuchupinlvhuozhuanju，bingkegenjuyouchangdecaiyouliangzhibiao，youcaiyougongrenzixinghuodingshigaibianshuchupinlv，manzuleshoudongyuzidongkongzhideerheyigongneng，bujinjieyueledianneng，haijieshenglerenliwuli，shenshouyonghuhaoping。
6 結束語
台達C2000變頻器自2011年10月份在國內某知名油田多個地麵直驅螺杆泵井口投運以來，運行效果穩定，節能明顯，並且操作簡便易懂，在客戶處取得了良好反響。
由於直驅螺杆泵的簡單、高效、經濟節能的人工舉升方式，其在油田上的應用也會更加廣泛。自2007年以來，該知名油田每年都有近2000台的直驅螺杆泵油井投入使用，盡管台達C2000變頻器的開環同步功能開放較晚，但其穩定高效的輸出功能絲毫不比國外知名品牌變頻器遜色，希望本文能對台達C2000變頻器在油田地麵直驅螺杆泵行業的推廣起到一定的積極作用。
作者簡介：
趙成亮，男，出生於1984年7yue，biyeyujiamusidaxue，zidonghuazhuanye。xianrenzhongdadiantongdongbeidaquyewuzhiyuanchuyingyonggongchengshi，congshizhongdajidianchanpinzaiheilongjiangquyudejishuzhichihetuiguanggongzuo，youzhefengfudeyejiejingyan。
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