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变频调速技术以节能效果显著和易实施已渗透到油田地面生产的各个领域,但在它的应用中必须依靠可靠的自控技术,否则很难实现。变频器应该成为过程处理行业中可行的最终控制设备,将是调节阀的第一替代产品,也是节能降耗中不可缺少的产品,它的应用领域会越来越广泛。 近年来,大庆油田在螺杆泵采油井上应用了变频技术,取得了良好的预期效果。本文就是针对这一课题开展了应用研究。 本文研究了螺杆泵在变频条件下的拖动特性,及变频调速调节的能耗关系,并提出了螺杆泵变频调速系统中闭环控制的关键技术参数,实现了电机与螺杆泵之间的转速、转矩最佳匹配。 本文通过对螺杆泵转速的分析与研究,针对主要影响因素如原油渗透率、泵两端压差、油温、容积效率以及机械效率等建立了最优转速匹配模型。并根据变频器与电机、减速器、螺杆泵转速关系模型,建立了环空液位高度h与变频器频率f,以及容积效率ηv与螺杆泵的转速n的控制模型。采取优先等级控制模型,即软启动模型,基于供采平衡的速度调控模型、基于容积效率的速度调控模型。 本文还研究了环空动液面测量仪和流量计测得的信号传递到可编程控制器,可编程控制器根据控制模型改变变频器的输出频率,从而改变电机的转速,达到螺杆泵的变频调速的目的。 通过实验证明螺杆泵变频调速技术在原油生产中能提高油井系统效率,获得可观的经济效益,使原油产量进一步提高,在油田具有广阔的应用前景。