1  磕頭機(jī)工作原理簡述

磕頭機(jī)如圖1所示，它主要由游梁－連桿－曲柄機(jī)構(gòu)、減速箱、動力設(shè)備和輔助設(shè)備四部分。工作時，電動機(jī)的傳動經(jīng)變速箱、曲柄連桿機(jī)構(gòu)變成驢頭的上下運(yùn)動，驢頭經(jīng)光桿、抽油桿帶動井下深井泵的柱塞作往復(fù)運(yùn)動，從而不井中的原油不斷抽出來。

磕頭機(jī)的運(yùn)行過程主要分為上沖程和下沖程兩個階段。磕頭機(jī)工作時，驢頭懸點(diǎn)上作用的載荷是變化的，上沖程時，驢頭懸點(diǎn)需要提起抽油桿柱和油柱，在沒有負(fù)重匹配的情況下電動機(jī)將付出很大的能量；下沖程時，抽油機(jī)桿柱反過來帶動電動機(jī)做功，使電機(jī)處于發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。而且上、下沖程的載荷的極度不均勻會嚴(yán)重影響抽油機(jī)的效率和使用壽命，因此一般在磕頭機(jī)的游梁尾部、曲柄處加了配重，這樣的好處還可以減少電動機(jī)上沖程時所需消耗的電能和減少下沖程時的發(fā)電量。

圖1 磕頭機(jī)

2  磕頭機(jī)的工藝要求

沖程頻次可調(diào)――改變電動機(jī)的運(yùn)行速度使得磕頭機(jī)的運(yùn)行與油井的具體工況匹配到最好程度，比如穩(wěn)產(chǎn)井，提升電動機(jī)的速度使之高于50Hz從而可以提高產(chǎn)油率；對于低產(chǎn)井，相應(yīng)的降低電動機(jī)的速度從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能要求；對于衰竭井，不僅要降低電動機(jī)的速度，還可以運(yùn)行一段時間停機(jī)，間隔一定時間后再重新啟動。

上、下沖程時間比可調(diào)――對于原油粘度不高、水含量高的油井，抽油機(jī)理想的工作方式應(yīng)該是“慢上快下”、“慢上”有利于提高抽油泵的充滿程度，有利于提高每一沖次的排液量，“快下”有利于抽油泵固定閥的及時關(guān)閉，提高泵效，提高采油量。

能適應(yīng)惡劣環(huán)境――油田作業(yè)區(qū)一般海拔高、風(fēng)沙大、溫差大。要求變頻器能對過電壓、過電流、過載、過熱等進(jìn)行智能監(jiān)控。

檢維修方便――參數(shù)掉電保持，不用重新設(shè)參；另外變頻器故障時可切至工頻，這樣保證正常采油。

3  配置要求

3.1一般配置

系統(tǒng)配置如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)配置圖

一個油井作業(yè)區(qū)一般會有多臺磕頭機(jī)，可以通過總線（如RS-485，CANopen等）將驅(qū)動磕頭機(jī)的變頻器作為從站掛在PLC下。變頻器的頻率指令可以通過PLC給定，也可以通過兩個電位器來給定，分別對應(yīng)上沖程和下沖程。這樣就實(shí)現(xiàn)了磕頭機(jī)沖程頻次的可調(diào)節(jié)和上下沖程時間比的可調(diào)。磕頭機(jī)的抽油桿柱上要配置載荷傳感器，通過它將實(shí)際壓力反饋至PLC。PLC一方面可以控制變頻器的啟停和頻率指令的調(diào)節(jié)，另一方面可以將變頻器的狀態(tài)（包括運(yùn)行狀態(tài)、電流等）給到HMI或油田服務(wù)器。特別要說明的是，臺達(dá)C2000有內(nèi)置PLC功能，如果在PLC控制簡單的情況下，可以不用另配PLC。

3.2配置直流電抗器和交流電抗器

鑒于油田作業(yè)的環(huán)境，為了降低干擾，建議配置直流電抗器和交流電抗器。

3.3配置能源回饋單元REG2000

采油作業(yè)區(qū)的磕頭機(jī)，有的處于上沖程時，有的處于下沖程，如果能將下沖程產(chǎn)生的電能反饋給上沖程的磕頭機(jī)加以利用，這相對于傳統(tǒng)加制動單元加制動電阻的做法，可以提高電機(jī)的制動能力，也可以大大節(jié)約了能量，還可以減少制動電阻產(chǎn)生的這一部分熱量，一舉三得。臺達(dá)新推出的REG2000能量回饋單元非常適合這種應(yīng)用場所。

圖3　REG2000能量回饋原理

4  C2000與REG2000特點(diǎn)

4.1 C2000特點(diǎn)

臺達(dá)C2000是高階磁束矢量變頻器，高效率、高性能、低維護(hù)、長壽命，它有以下主要性能特點(diǎn)：矢量控制且內(nèi)建PLC；內(nèi)建制動單元（22KW及以下功率）；增強(qiáng)了環(huán)境耐受性與保護(hù)，保護(hù)性涂層處理；模塊化設(shè)計，易于維護(hù)與擴(kuò)充；支持多種總線控制。

4.2 REG2000特點(diǎn)

REG2000有如下特點(diǎn)：小型化尺寸、配線簡單、內(nèi)建電抗器；取代制動電阻，制動能力高、回生能量效率高且減少熱能產(chǎn)生；支持多臺并聯(lián)；兼有手動自動運(yùn)行模式；支持多種通信協(xié)議。

5  結(jié)束語

臺達(dá)C2000和REG2000的特點(diǎn)，滿足了磕頭機(jī)的控制要求，提高了磕頭機(jī)的效率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能增產(chǎn)的目的。

作者簡介：

毛明川，男，生于1986年11月，畢業(yè)于南京航空航天大學(xué)，電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。現(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司變頻器產(chǎn)品處應(yīng)用工程師，從事變頻器產(chǎn)品在SI行業(yè)的應(yīng)用和推廣，擁有多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。