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智能变频输油技术在华庆油田的应用

文档作者：裴润有王亚新胡放军柳瑛文档来源：长庆油田公司第二采油技术服务处		点击数：	更新时间： 2021年09月26日
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2011年7月1日
第34卷第13期
现代电子技术
Modern Electronics Technique
Jul．2011
V01．34 NO．13
智能变频输油技术在华庆油田的应用
裴润有，王亚新，胡放军，柳瑛
(长庆油田公司第二采油技术服务处，甘肃庆阳745100)
摘要：针对华庆油田超低渗透油藏产量低，站点间歇输油等特点，研究应用智能化变频输油系统，解决员工频繁启停
输油泵，重复单调的劳动，尤其是防止溢罐或者空抽问题发生，造成环境和设备的破坏，保障冬季原油的正常输送，节省人
力，降低员工的劳动强度，达到节能降耗，保护设备的目的。
关键词：智能化；变频；输油；PLC
中图分类号：TN911．7—34 文献标识码：A 文章编号：1004—373X(2011)13—0192—02
Application of Intelligent Frequency Carry Oil Technology in the Huaqing Oil Field
PEI Run-you。WANG Ya-xin，HU Fang-jun，LIU Ying
(Second Oil Production Technology Service，Changqing Oilfield Company，Qingyang 745100，China)
Abstract：For the disadvantages of production of ultra-low permeability reservoirs，oil and other characteristics and site
intermittent oil in Huaqing oil field，the application of intelligent frequency conversion oil system is studied．The system in
which the pump start and stop frequently by employees are solved，especially the overflow tank or empty pumping problems
are prevented，the normal transport of crude o订in winter is ensured，the manpower is saved，the labor intensity of workers is
reduced，the energy is saved and the equipment is protected．
Keywords：Intelligent；frequency conversion；oil transportation；PLC
原油集输工作是采油单位最主要的生产环节，但是华
庆油田属于超低渗透油藏，油井产量低，井站产进不均，造
成输油系统不能连续工作。人工要在不等的时间间隔启
停输油泵，把产进的原油输送，如果员工不能及时启停泵
就会造成溢罐或者输油泵空转，损坏设备，特别是在冬季，
气温低的特殊条件下，原油容易凝固结蜡，堵塞输油管线，
影响油田的正常生产。因此不问断的连续输油就显得尤
为重要。为保障正常的原油外输，华庆油田根据油田公司
数字化建设标准，在原有生产工艺的基础上进行了变频输
油改造，研发应用了智能化变频输油系统。
1 变频输油系统的组成及工作原理
智能变频输油系统主要由输油泵，缓冲罐，磁翻板
液位计，PLC(Programmable Logic Controller，可编程
逻辑控制器)，变频器，计算机等组成。智能化变频输油
系统成套控制设备及技术应用在华庆油田各联合站、增
压站和接转站，是在原油输送系统上实现数字化和自动
控制。主要工作原理有三种：
工作原理1：直接利用变频器、缓冲罐(带磁翻板液
位计)和输油泵三大项设备组成独立输油系统。此系统
如图1虚线框中所示，变频器采集缓冲罐液位，根据设
定的上下高度值，当液位达到某个设定液位高点值时，
收稿日期：2011一02—24
利用变频器可编程控制器，给输油泵电机发出启动指
令，输油泵开始工作，当液位值低于某个值时，变频器控
制器发出停止指令，输油泵停止供电，输油停止。这个
系统比较简单，构建周期短，形成一个变频器自动控制
循环程序，若要人工干预需到变频器上操作。
工作原理2：利用变频器、缓冲罐(带磁翻板液位
计)、计算机和输油泵四项设备组成输油系统。本次控
制主要原理和“工作原理1”基本相同，只是增加了上位
机控制，实现人工远程控制和远程调参功能。通过
PLC编辑控制程序，既可以实现远程采集信号，又可以
实现远程灵活调整输油频率，继续沿用缓冲罐液位，设
定的上下液位值，利用上位机控制变频器，给输油泵电
机发出启停指令，实现智能化变频输油。
工作原理3：在“工作原理2”的基础上增加缓冲罐
“压力参数”控制输油泵智能启停(如图1所示)，与液位
控制联动工作，相互补充，解决了当一个参数出现误差
时，另一种参数继续实现远程控制。特别是在华庆油
田，油气比高，压力控制效果更加明显，当液位未到达上
限值时，压力达到上限值，开始启泵，释放压力，防止安
全事故发生。无论哪种参数控制，都通过PLC编程控
制，实现智能化变频输油。
变频器是变频输油过程中重要设备，无论哪种工作
原理都离不开它。它是一种先进的节电设备，其主要实
现方式是通过电流的频率的变化，改变电动机的转数，
万方数据
第13期裴润有等：智能变频输油技术在华庆油田的应用193
降低电动机输出功率，具体工作原理如图2所示，工频
电流开关拨到①位置，经过整流电路变成直流电，直流
电流变频器按照控制信号的要求，输出改变频率的交流
电，作用于电动机，改变其输出频率。工频电流开关拨
到②位置，使用人工操作模式下的工频状态。
图1智能化变频输油系统组成
图2 变频器控制原理
智能输油泵电机变频器以缓冲罐液位为控制对象，
液位传感器检测出缓冲罐液位高度，作为反馈信号送给
站内PLC，PLC将信号处理后传输给站内上位机，上位
机根据缓冲罐液位高度作为变频器的频率指令，调节电
机转速，控制出站流量保持恒定。上述控制既可以远程
操作也能本地操作控制。
2智能变频输油系统现场应用
以增压站为例，讲解现场应用情况。
2．1现场生产工艺流程
一般增压站管理几十口油井和注水井，油井来油经
过总机关先进入缓冲罐，再到加热炉，经过加热后的原
油经过输油泵进行输送到联合站。每个增压站都有
2台输油泵，1台是11 kW单螺杆泵，1台55 kW是双
曲螺杆泵，每台输油泵都有独立的变频器控制。
2．2 智能变频输油应用技术方案
在8 m3缓冲罐上安装带4～20 mA模拟信号输出
的磁浮子液位计，将液位信号给变频器控制系统，变频
器控制系统在接收到液位信号后与设定值比较，储油罐
的液位控制高度范围为10～75 cm。采用PID调节控
制算法，通过变频器输出频率的变化来控制输油泵启停
和排量变化，最终达到自动调节和控制缓冲罐的液位高
度，达到节能降耗和油井生产平稳运行目的。
2．3 智能变频输油现场应用情况
华庆油田2009年4月开始在关一增、陈一增等22座
场站实施智能变频输油技术，各站根据实际生产情况，日
常运行输油泵机一台，另一台作为备用，应用变频调速技
术后，关一增电动机平均输出频率为35．0 Hz，陈一增电
动机平均输出频率为22．0 Hz，见表1。
表1关一增、陈一增变频工艺
由表1中可看出两台变频器输出频率均在20～36 Hz
之间，节能效果显著。表2和表3分别是关一增压站和陈
一增压站应用变频调速技术前后的各数据对比表。
表2关～增智能变频输油应用情况前后对比
表3陈一增智能变频输油应用情况前后对比
在输油泵上安装变频器后，电动机工作电流大幅下
降，详见表2，表3，电动机实际功率大幅下降，节电效果
明显，功率因数随之提高，系统效率也大幅提高。但是，
泵效下降，因为电流频率下降之后，电动机和泵不能在设
计工况下运行，效果不能最佳，因此泵效有所下降，但节
电效果显著，两台在用输油泵节电率可达20～40％以上，
两台在用变频器年节电可达134 904 kW／h。由此可见，
变频调速技术在油田输油螺杆泵上的应用既可解决“大
马拉小车”现象，又提供了一个好的方法，可满足油田生
产连续运行的工作需要，且延长了输油设备的使用寿命。
3技术创新点
节能效果显著从华庆油田的关一增和陈一增应
用智能变频输油系统来看，既可节约电能，减少设备的
损耗，又可不必电动机全速运转，有效地控制了生产成
本，达到最佳经济运行效果，在实际生产中具有良好的
推广应用价值。
延长了设备使用寿命变频系统对输油泵电机实
行软启、软停，减少启动过程对电网的冲击，在改善供电
质量的同时由于使用变频器后电机转速下降，低速运行
对油泵轴、轴承的磨损程度减少，大大延长了输油泵的
轴承与机械密封等易损件的寿命，从而延长了输油泵电
机的保养维护周期。
自动手动切换方便变频系统与原动力柜的工频
软启动器系统能手动自由切换，一旦变频系统出现某种
故障，可以手动切换到原动力柜的工频软启动，当变频
(下转第196页)
万方数据
196 现代电子技术2011年第34卷
所示，照明节点的平均功率由运行时间tnm和唤醒周期
tperiod决定。其中，tnm与电路设计和执行器件有关；唤醒周
期与网络响应速度有关，乙。抽。越大，网络的响应时间就越
长。在照明的控制中，对系统的实时性要求不大，同时考
虑到节能和用户操作的要求，唤醒周期取值在250～
400 ms之间，照明节点的功率可控制在10 mw以下。
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图5 Pz—tperi。d关系曲线
5 结语
本文的无线照明系统休眠策略，不但能够应用在
ZigBee网络中，同时还可以应用在处理器和无线收发
器组成的多部件无线节点中。研究结果证明，对无线节
点各部件进行休眠唤醒策略，能有效控制其功耗，提高
能源利用率，在家庭自动化和节能环保的发展趋势下，
将具有较好的参考价值。
参考文献
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作者简介：孔庆彦男，1985年出生，在读硕士研究生。主要研究方向为嵌入式系统开发。
苏淑芝女，1986年出生，在读硕士研究生。主要研究方向为嵌入式系统开发。
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(上接第193页)
系统维修期间，原软启动器系统能正常保障输油泵的运
行工作，满足正常生产需要。
智能报警无论是根据液位输油，还是根据压力输
油，都具有数据实时监测控制功能，当数据小于或者大
于设定值时，系统会自动报警，提示当班员工处理。
4 结语
通过变频输油技术应用，解决了液量不在的间歇性
输油和冬季输油泵需连续运行的特点，灵活设定启泵、
停泵液位，一方面是对泵自身保护，又不会使下游管线
中油水混合物因长时间不流动而冻结。同时提高员工
工作环境质量。智能变频输油系统具有快速数字键设
定功能，远程控制功能，方便管理操作，减轻了员工的工
作劳动强度，防止溢罐或者抽空等安全事故发生，同时
提高了工作效率，改善了职工的工作环境。
参考文献
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作者简介：裴润有男，1963年出生，甘肃天水人，博士，高级工程师。主要研究方向为油田开发、数字化技术。
王亚新男，1977年出生，甘肃宁县人，工程硕士，工程师。主要研究方向为信息化、工控、软件技术。

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