隨著我國油田開發的不斷深人，稠油開采規模越來越大，地面驅動桿泵是開采稠油的重要生產方式。但螺桿泵稠油開采中出現的許多問題限制r其進一步發展，具體表現在：（1）地面驅動蜾桿泵啟動時，轉速瞬間提篼，抽油桿產生很大的慣性扭矩，導致抽油桿承受的扭矩大于抽油桿的額定扭矩，抽油桿易擰斷。（2）螺桿泵停機時，抽油桿的扭矩載荷瞬時釋放，抽油桿快速倒轉，容易造成抽油桿脫扣。（3）蜾桿泵井生產參數難于調整，不便管理。針對以電機~蟪桿動上問題，我們利用變頻器、蜾桿泵轉速一扭矩傳感器等設備，研制開發了蜾桿泵變頻閉環自動控制裝置，解決了螺桿泵生產的難題，使得蜾桿泵稠油開采取得f滿意效果。

　　螺桿泵變頻閉環自動控制系統工作原理螺桿泵變頻閉環自動控制裝置包括蜾桿泵、轉速一扭矩傳感器、單片機數據采集器、HD調節器、變頻控制系統（主要由變頻器、主控制電路和輔助電路組成）和二次儀表組成，如所示IU校塊交鐸控制系統笮片機敗坩采鉺器鎘泵變鐸閉環自動控制系統框圖裝在蝶桿泵地面驅動裝置扭矩卡子下的光桿轉速一扭矩傳感器把實時測得的光桿的轉速、扭矩等生產參數經過信號調理、A/D轉換轉變成單片機數據采集器可以接受的數字信號，并存儲于存儲器中采集處理過的轉速、扭矩信號送至調節器，與預先根據油井的提液要求確定的轉速、光桿扭矩值進行比較，差值模擬量輸入到PID調節器控制變頻器，根據輸人轉速、扭矩信號的大小，變頻器隨時調整輸出頻率值，通過調節控制電機轉速實現對地面驅動蜾桿泵轉速、扭矩的閉環自動控制。當蝶桿泵井的光桿扭矩遠低于設定值Wai時，變頻裝置自動將蝶桿泵轉速提篼；當實際扭矩接近或達到設定值構，時，螺桿泵轉速保持平穩；當實際光桿扭矩遠超過設定值變頻裝置自動將螺桿泵轉速減小，使得蜾桿泵井安全高效生產。該自動控制系統具有軟啟、軟停功能，軟啟功能可以延長啟動時間，減小慣性扭矩，避免抽油桿因瞬間扭矩過大而擰斷；軟停功能可以延長停機時間，使抽油桿扭矩緩慢釋放，避免抽油桿扭矩因急劇釋放而脫扣。

　　轉速一扭矩傳感器該儀器可同時感應蜾桿泵井抽油光桿所承受的轉速、扭矩變化情況。其工作原理為：（1）扭矩傳感器：采用空心圓柱為彈性變形元件，圓柱體上附著承扭元件，當扭矩作用于傳感器時，應變片隨著空心圓柱體一起變化，引起電阻值的變化，將機械變化轉化為電信號變化，后經電路放大整形為標準信號輸出。（2）轉速傳感器：在傳感器圓柱體上安裝r一個圓形光碼盤，當傳感器圓柱體每運轉一周時，帶動光碼盤轉動，并通過切割光電管輸出100個脈沖信號，計算每分鐘脈沖總數來確定螺桿泵井的轉速。

　　通過接收變送器傳來的測量電信號與給定信號進行比較，得出被調量的偏差后，偏差信號經過PID運算電路運算，輸出05V的直流電壓供變頻器，對該系統生產過程進行自動調節控制。

　　主控制電路由變頻控制電路和工頻控制電路兩部分組成。主要根據蜾桿泵井的生產需要，變頻控制部分和工頻控制部分可以進行切換，以控制蜾桿泵電機的運行狀態。

　　輔助電路利用直流24V繼電器來控制變頻器的輸人信號端，對螺桿泵電機實施軟啟、軟停以及缺相保護。

　　螺桿泵轉速一扭矩傳感器輸出的電壓信號經過信號調理、A/D轉換后，將模擬信號轉變成為單片機數據采集器可以接受的數字信號，經過單片機采集處理器采集、處理。采樣后的數據存儲于存儲器中，并譯碼將抽油光桿的轉速和扭矩值實時顯示出來。

　　螺桿泵變頻閉環關鍵技術參數確定出）；e為錄偏心距，mm；/），為螺桿栗轉子直徑，mm；T為定子導程，mm.為了使油井保持一定產量，變頻器將螺桿泵轉速一般控制在60%n -100%rt范圍內。為了進一步擴大螺桿泵運行轉速范圍，對其設備進行了改裝，將原來的315 mm大的螺桿泵從動輪更換為250mm或丨90 mm的小從動輪，大大地提高了傳動比，提速范圍在20由單井原油粘溫曲線，地溫梯度回歸得出油井粘度深度函數：栗進口至動液面距離，m.栗出口壓力包括流程干線回壓心，泵將產液從泵出口升舉至井口所需的壓力P3，產液在井下油管內流動產生的沿程阻力損失P4.干線回壓根據生產的實際情況，一般取為1.0MPa-2.0MPa泵將產液從泵出口升舉至井口所需的壓力P3計算為：產液在井下油管內流動產生的沿程阻力損失P4計算為：蜾桿泵所承受的扭矩抽油桿帶動螺桿泵所承受的扭矩共有三種，泵舉升液體所需扭矩計算如下：克服抽油桿柱與油管內井液摩擦阻力的扭矩克服泵定子與轉子摩擦阻力所需扭矩似3，計算為地面驅動總扭矩為：單位抽油桿的慣性扭矩Wai計算為當蜾桿泵井的實際扭矩變化在設定扭矩值（-M的±8%范圍之內時，變頻器的當前頻率值保持不變，蜾桿泵井的轉速不變，該螺桿泵變頻閉環自動控制系統保持穩定；當螺桿泵井的實際扭矩變化超出設定扭矩值（Afb-Mui）的±8%范圍時，變頻器的當前頻率值根據PID調節器對該系統生產過程進行自動調節，提高或降低螺桿泵井的轉速，促使蜾桿泵井在比較優控制狀態下，進行安全、可靠生產。

　　變頻器的軟啟、軟停時間確定變頻器的軟啟、軟停時間為06000s可調，前據各井情況設定啟動時間為60 s120s，停止時間為60s~200s，對慣性扭矩起到延時作用，有效地減緩了抽油桿的斷、脫，同時降低了瞬時啟動電流對電網的沖擊。該軟啟、軟停功能對桿柱及機泵設備有明顯的保護作用。

　　應用實例深州油田工區澤70斷塊原油為特高稠油，“二篼一低”，即為高比重、篼粘度、高膠質瀝青和中低凝固點。該斷塊原油粘度在5田工區澤70斷塊對35口螺桿泵井安裝了螺桿泵變頻閉環自動控制系統，主要采用地面驅動螺桿泵變頻閉環自動控制配合套管加藥降粘維護開采工藝。

　　目前該控制系統已在41口螺桿泵井上應用，1999年35口井因桿斷脫檢泵20次，2000年應用變頻技術后因桿斷脫檢泵3次，平均節約功率2.5kW/單井。

　　經現場應用證明，該控制系統運行可靠，大大提高了單井生產效率，尤其扶起了一批原油粘度為18000mPas~25000mPa-sOOtl）難起的停產井，增加f開井數量，提篼了該斷塊的原油產量。澤70斷塊油井安裝蜾桿泵變頻調速系統前后情況對比如表I所不。

　　表1澤70斷塊油井蟪桿泵變頻調速前后情況對比表料偵用變頻前偵用變頻U頻率電流功卞液nt頻+功書轉速澤70-5井所安裝的轉速一扭矩傳感器的工作螺桿泵從動輪更換為190mm的從動輪，傳動比提篼系數為零點頻率丨丨1丨8Hz，單位變化率為3.82Hz/Nm.利用該傳感器對該井的變頻啟、停和工頻啟、停進行測試。工頻運行狀態下，其工作電流為20A，轉速為138r/min，油井的產液量10t/d，工頻啟、停的實時扭矩曲線測試圖形如中（a）、（h）所示；為r充分利用變頻器的調速技術，把原來315mm大的了1.66倍。在變頻運行狀態下，其工作電流為17A，轉速為148r/min，油井的產液量12.丨t/d.從工頻和變頻的實時扭矩曲線測試圖形相比可看出，利用變頻的軟啟、軟停技術，避免了螺桿泵瞬時啟動時抽油桿扭矩過大和螺桿泵的倒轉現象，變頻啟、停的實時扭矩曲線測試圖形如中（c）、（d）所示。

　　螺桿泵工頻和變頻控制啟停實時扭矩曲線圖結論5.提篼了單井電機的有功功率因數，大大地降低了油井的耗電量。在地面驅動螺桿泵上應用變頻閉環調速技術有許多優點：解決了抽油光桿的轉速和扭矩的測定問題，完全實現了實時、自動、連續檢測。

　　對螺桿泵實施了軟啟、軟停。軟啟功能防止了螺桿泵井瞬時啟動時抽油桿扭矩過大而造成桿斷；軟停功能有效防止螺桿泵倒轉造成的抽油桿脫扣，大大減少了檢泵次數。

　　該系統實現了單井自動化控制，與工頻狀態相比，提篼了采油工藝和效率。

　　根據所測定螺桿泵井的生產扭矩、電流和回（上接第16頁）一套GIS系統，只是其數據是分布式存儲和維護。

　　提出三層次的客戶機/服務器框架，只是因為GIS系統的工作負載已經很重了，而數據又不得不分布式管理，所以用中間層將其與繁重的數據庫管理工作分離開來，使系統在邏輯結構上更清楚，在數據維護上更方便。可能通常的兩層式Client/Server結構在數據的查詢方面有更高的效率，但卻不可避免地增加了GIS系統的復雜性。