随着我国油田开发的不断深人，稠油开采规模越来越大，地面驱动杆泵是开采稠油的重要生产方式。但螺杆泵稠油开采中出现的许多问题限制r其进一步发展，具体表现在：（1）地面驱动蜾杆泵启动时，转速瞬间提篼，抽油杆产生很大的惯性扭矩，导致抽油杆承受的扭矩大于抽油杆的额定扭矩，抽油杆易拧断。（2）螺杆泵停机时，抽油杆的扭矩载荷瞬时释放，抽油杆快速倒转，容易造成抽油杆脱扣。（3）蜾杆泵井生产参数难于调整，不便管理。针对以电机~蟪杆动上问题，我们利用变频器、蜾杆泵转速一扭矩传感器等设备，研制开发了蜾杆泵变频闭环自动控制装置，解决了螺杆泵生产的难题，使得蜾杆泵稠油开采取得f满意效果。

　　螺杆泵变频闭环自动控制系统工作原理螺杆泵变频闭环自动控制装置包括蜾杆泵、转速一扭矩传感器、单片机数据采集器、HD调节器、变频控制系统（主要由变频器、主控制电路和辅助电路组成）和二次仪表组成，如所示IU校块交铎控制系统笮片机败坩采铒器镉泵变铎闭环自动控制系统框图装在蝶杆泵地面驱动装置扭矩卡子下的光杆转速一扭矩传感器把实时测得的光杆的转速、扭矩等生产参数经过信号调理、A/D转换转变成单片机数据采集器可以接受的数字信号，并存储于存储器中采集处理过的转速、扭矩信号送至调节器，与预先根据油井的提液要求确定的转速、光杆扭矩值进行比较，差值模拟量输入到PID调节器控制变频器，根据输人转速、扭矩信号的大小，变频器随时调整输出频率值，通过调节控制电机转速实现对地面驱动蜾杆泵转速、扭矩的闭环自动控制。当蝶杆泵井的光杆扭矩远低于设定值Wai时，变频装置自动将蝶杆泵转速提篼；当实际扭矩接近或达到设定值构，时，螺杆泵转速保持平稳；当实际光杆扭矩远超过设定值变频装置自动将螺杆泵转速减小，使得蜾杆泵井安全高效生产。该自动控制系统具有软启、软停功能，软启功能可以延长启动时间，减小惯性扭矩，避免抽油杆因瞬间扭矩过大而拧断；软停功能可以延长停机时间，使抽油杆扭矩缓慢释放，避免抽油杆扭矩因急剧释放而脱扣。

　　转速一扭矩传感器该仪器可同时感应蜾杆泵井抽油光杆所承受的转速、扭矩变化情况。其工作原理为：（1）扭矩传感器：采用空心圆柱为弹性变形元件，圆柱体上附着承扭元件，当扭矩作用于传感器时，应变片随着空心圆柱体一起变化，引起电阻值的变化，将机械变化转化为电信号变化，后经电路放大整形为标准信号输出。（2）转速传感器：在传感器圆柱体上安装r一个圆形光码盘，当传感器圆柱体每运转一周时，带动光码盘转动，并通过切割光电管输出100个脉冲信号，计算每分钟脉冲总数来确定螺杆泵井的转速。

　　通过接收变送器传来的测量电信号与给定信号进行比较，得出被调量的偏差后，偏差信号经过PID运算电路运算，输出05V的直流电压供变频器，对该系统生产过程进行自动调节控制。

　　主控制电路由变频控制电路和工频控制电路两部分组成。主要根据蜾杆泵井的生产需要，变频控制部分和工频控制部分可以进行切换，以控制蜾杆泵电机的运行状态。

　　辅助电路利用直流24V继电器来控制变频器的输人信号端，对螺杆泵电机实施软启、软停以及缺相保护。

　　螺杆泵转速一扭矩传感器输出的电压信号经过信号调理、A/D转换后，将模拟信号转变成为单片机数据采集器可以接受的数字信号，经过单片机采集处理器采集、处理。采样后的数据存储于存储器中，并译码将抽油光杆的转速和扭矩值实时显示出来。

　　螺杆泵变频闭环关键技术参数确定出）；e为录偏心距，mm；/），为螺杆栗转子直径，mm；T为定子导程，mm.为了使油井保持一定产量，变频器将螺杆泵转速一般控制在60%n -100%rt范围内。为了进一步扩大螺杆泵运行转速范围，对其设备进行了改装，将原来的315 mm大的螺杆泵从动轮更换为250mm或丨90 mm的小从动轮，大大地提高了传动比，提速范围在20由单井原油粘温曲线，地温梯度回归得出油井粘度深度函数：栗进口至动液面距离，m.栗出口压力包括流程干线回压心，泵将产液从泵出口升举至井口所需的压力P3，产液在井下油管内流动产生的沿程阻力损失P4.干线回压根据生产的实际情况，一般取为1.0MPa-2.0MPa泵将产液从泵出口升举至井口所需的压力P3计算为：产液在井下油管内流动产生的沿程阻力损失P4计算为：蜾杆泵所承受的扭矩抽油杆带动螺杆泵所承受的扭矩共有三种，泵举升液体所需扭矩计算如下：克服抽油杆柱与油管内井液摩擦阻力的扭矩克服泵定子与转子摩擦阻力所需扭矩似3，计算为地面驱动总扭矩为：单位抽油杆的惯性扭矩Wai计算为当蜾杆泵井的实际扭矩变化在设定扭矩值（-M的±8%范围之内时，变频器的当前频率值保持不变，蜾杆泵井的转速不变，该螺杆泵变频闭环自动控制系统保持稳定；当螺杆泵井的实际扭矩变化超出设定扭矩值（Afb-Mui）的±8%范围时，变频器的当前频率值根据PID调节器对该系统生产过程进行自动调节，提高或降低螺杆泵井的转速，促使蜾杆泵井在比较优控制状态下，进行安全、可靠生产。

　　变频器的软启、软停时间确定变频器的软启、软停时间为06000s可调，前据各井情况设定启动时间为60 s120s，停止时间为60s~200s，对惯性扭矩起到延时作用，有效地减缓了抽油杆的断、脱，同时降低了瞬时启动电流对电网的冲击。该软启、软停功能对杆柱及机泵设备有明显的保护作用。

　　应用实例深州油田工区泽70断块原油为特高稠油，“二篼一低”，即为高比重、篼粘度、高胶质沥青和中低凝固点。该断块原油粘度在5田工区泽70断块对35口螺杆泵井安装了螺杆泵变频闭环自动控制系统，主要采用地面驱动螺杆泵变频闭环自动控制配合套管加药降粘维护开采工艺。

　　目前该控制系统已在41口螺杆泵井上应用，1999年35口井因杆断脱检泵20次，2000年应用变频技术后因杆断脱检泵3次，平均节约功率2.5kW/单井。

　　经现场应用证明，该控制系统运行可靠，大大提高了单井生产效率，尤其扶起了一批原油粘度为18000mPas~25000mPa-sOOtl）难起的停产井，增加f开井数量，提篼了该断块的原油产量。泽70断块油井安装蜾杆泵变频调速系统前后情况对比如表I所不。

　　表1泽70断块油井蟪杆泵变频调速前后情况对比表料侦用变频前侦用变频U频率电流功卞液nt频+功书转速泽70-5井所安装的转速一扭矩传感器的工作螺杆泵从动轮更换为190mm的从动轮，传动比提篼系数为零点频率丨丨1丨8Hz，单位变化率为3.82Hz/Nm.利用该传感器对该井的变频启、停和工频启、停进行测试。工频运行状态下，其工作电流为20A，转速为138r/min，油井的产液量10t/d，工频启、停的实时扭矩曲线测试图形如中（a）、（h）所示；为r充分利用变频器的调速技术，把原来315mm大的了1.66倍。在变频运行状态下，其工作电流为17A，转速为148r/min，油井的产液量12.丨t/d.从工频和变频的实时扭矩曲线测试图形相比可看出，利用变频的软启、软停技术，避免了螺杆泵瞬时启动时抽油杆扭矩过大和螺杆泵的倒转现象，变频启、停的实时扭矩曲线测试图形如中（c）、（d）所示。

　　螺杆泵工频和变频控制启停实时扭矩曲线图结论5.提篼了单井电机的有功功率因数，大大地降低了油井的耗电量。在地面驱动螺杆泵上应用变频闭环调速技术有许多优点：解决了抽油光杆的转速和扭矩的测定问题，完全实现了实时、自动、连续检测。

　　对螺杆泵实施了软启、软停。软启功能防止了螺杆泵井瞬时启动时抽油杆扭矩过大而造成杆断；软停功能有效防止螺杆泵倒转造成的抽油杆脱扣，大大减少了检泵次数。

　　该系统实现了单井自动化控制，与工频状态相比，提篼了采油工艺和效率。

　　根据所测定螺杆泵井的生产扭矩、电流和回（上接第16页）一套GIS系统，只是其数据是分布式存储和维护。

　　提出三层次的客户机/服务器框架，只是因为GIS系统的工作负载已经很重了，而数据又不得不分布式管理，所以用中间层将其与繁重的数据库管理工作分离开来，使系统在逻辑结构上更清楚，在数据维护上更方便。可能通常的两层式Client/Server结构在数据的查询方面有更高的效率，但却不可避免地增加了GIS系统的复杂性。