油田項目可行性報告

油井電機扭矩監(jiān)測技術(shù)試驗應(yīng)用工程可行性爭論報告目錄\l“_TOC_250026“編制依據(jù)和原則 1\l“_TOC_250025“編制依據(jù) 1\l“_TOC_250024“1。1.1節(jié)能降耗、掌握本錢 1\l“_TOC_250023“。2實時跟蹤、便利快捷 2\l“_TOC_250022“編制原則 3\l“_TOC_250021“2。爭論范圍 3\l“_TOC_250020“2。1電機參數(shù)在線檢測技術(shù) 3\l“_TOC_250019“扭矩－載荷推算技術(shù) 3\l“_TOC_250018“數(shù)據(jù)遠程傳送技術(shù) 4\l“_TOC_250017“3。遵循的標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn) 4\l“_TOC_250016“4.河口采油廠生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在問題 5\l“_TOC_250015“4。1生產(chǎn)現(xiàn)狀 5\l“_TOC_250014“4。2存在問題 6\l“_TOC_250013“5。河口采油廠抽油電機扭矩在線監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計 6\l“_TOC_250012“5。1系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo) 6\l“_TOC_250011“5。2系統(tǒng)核心測試算法 8\l“_TOC_250010“5。2。1電機定子電壓和電流瞬時值的硬件檢測框圖 8\l“_TOC_250009“5。2.2電機定子三相有功功率、無功功率及功率因數(shù)的計算方法 85.2.3電機電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速估算原理 10\l“_TOC_250008“5.3系統(tǒng)硬件組成和根本工作方式 11\l“_TOC_250007“5。4系統(tǒng)軟件根本工作方式 12\l“_TOC_250006“5。5載荷－扭矩推算 13\l“_TOC_250005“。1抽油機井 135。5.2螺桿泵 15\l“_TOC_250004“投資概算 18\l“_TOC_250003“經(jīng)濟效益分析 19\l“_TOC_250002“6.環(huán)境保護 19\l“_TOC_250001“7.安全 19\l“_TOC_250000“8。結(jié)論 2010編制依據(jù)和原則編制依據(jù)1。1。1節(jié)能降耗、掌握本錢并舉、節(jié)約優(yōu)先的方針，大力推動節(jié)能降耗,提高能源利用效率。油氣勘探開發(fā)行業(yè)是我國主要的能源生產(chǎn)行業(yè)之一，也是能源消耗的大戶.在為國家生產(chǎn)更多油氣資源的同時，節(jié)能降耗也是油氣勘探開發(fā)行業(yè)主要任務(wù)之一。成功油田自60年月初期開發(fā)至今，經(jīng)多年的生產(chǎn)開發(fā)建設(shè)，油田產(chǎn)液含水率漸漸上升,原油產(chǎn)量漸漸遞減，油田生產(chǎn)進入高含水的生產(chǎn)階段；為了降低開觀念、技術(shù)、工藝，才能實現(xiàn)節(jié)能降耗、本錢掌握。目前，有桿泵〔包括抽油機和螺桿泵)井占采油廠生產(chǎn)井的90％以上，采油廠的電量絕大局部都消耗在有桿泵采油上，電量的使用是采油廠的一大本錢.如140不尋常的有桿泵電機進展調(diào)整，對電能的節(jié)約將是格外可觀的.因此通過實時監(jiān)測電機(包括異步和同步電機〕的工作狀況或供電狀況，實現(xiàn)對電機的預(yù)知性修理，避開意外損失〔如不必要的臨時修理和意外人員傷亡等〔電機故障或供電特別實現(xiàn)節(jié)能降耗、本錢掌握.本工程依據(jù)抽油電機的特性、構(gòu)造、額定參數(shù)和實際工作環(huán)境等特點,承受電動機的無速度傳感器速度檢測方式,再進一步獲得其他關(guān)油電機的運行狀況、節(jié)約電能、提高采油效率和增加經(jīng)濟效益奠定根底。實時跟蹤、便利快捷問題。結(jié)果往往使得實測示功圖不能很好地反映深井泵的實際工況,而且費時費力,影響抽油機井的產(chǎn)量,并且動力儀是機械式的，存在測量偏移,測量結(jié)果不準(zhǔn)確，而且每一個沖程周期只采集一百多個點,很多微小的變化沒有在示功圖上反響出來。監(jiān)控與采油數(shù)據(jù)的實時性,甚至準(zhǔn)確性。當(dāng)抽油機深井泵消滅故障時不能準(zhǔn)時覺察，得不到有效檢測、防患和掌握。扭矩因數(shù)TF推出懸點載荷，間接獲得抽油機井的示功圖，從而可以使用目前比GPRS遠程傳輸所測量電機的機井.1。2編制原則提高油區(qū)的采油效率和增加經(jīng)濟效益。三、在滿足生產(chǎn)的前提下，做到便利施工,易于維護，環(huán)保節(jié)能。2。爭論范圍2。1電機參數(shù)在線檢測技術(shù)電機參數(shù)在線檢測技術(shù)是通過測量異步電動機三相電壓、電流,獲得電機的等.通過在線檢測抽油機的電參數(shù)實時監(jiān)測抽油異步電動機的工作狀況和供電狀況，對典型的電機故障進展示警。2。2扭矩－載荷推算技術(shù)抽油機工作時，由懸點載荷及平衡重在曲柄軸〔)上造成的扭大扭矩。在肯定條件下它既限制著油井生產(chǎn)時所承受的最大抽汲參數(shù),同時又限制著為了保證大參數(shù)生產(chǎn)所需要的電動機功率.因此，扭矩曲線除了用來確定最確定電動機輸出的功率,檢查功率利用狀況及利用均方根扭矩選擇電動機功率。依據(jù)所測得的電機電磁扭矩曲線推算出減速箱輸出軸扭矩曲線,然后利用預(yù)作狀態(tài)。2。3數(shù)據(jù)遠程傳送技術(shù)GPRS通訊方式建設(shè)依靠移動通訊公司浩大的GPRS網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)本錢與運行維護本錢都很低,遠小于自行建設(shè)獨立運行的專用通訊網(wǎng)絡(luò)(DDN波等)GPRSGPRSRS232串行口的監(jiān)測設(shè)備連接，與中心數(shù)據(jù)效勞器構(gòu)建透亮的數(shù)據(jù)傳輸通道.它運行牢靠,抑制、解決了其他通信方統(tǒng)的同時，還需要消耗很大精力去維護通信線路的問題。3。遵循的標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)為確保工程技術(shù)先進合理,安全牢靠,符合國家的方針、政策,符合客觀實際，嚴格執(zhí)行以下的標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)：GB/T2887—2023電子計算機場地通用標(biāo)準(zhǔn)〔2)GB/T16435-1996《遠動設(shè)備終端通用技術(shù)條件》〔3《中華人民共和國安全行業(yè)治理標(biāo)準(zhǔn)》(4)《軟件工程國家標(biāo)準(zhǔn)》〔5)《中國電氣安裝工程施工及驗收標(biāo)準(zhǔn)》(6〕GA/T75—94《安全防范工程程序與要求》〔7〕GA/T74—94《安全檢查防范系統(tǒng)通用圖形符號》《社會公共場所安全防范工種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50343-2023建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)〔10)公安部、公安廳技防辦有關(guān)文件規(guī)定。河口采油廠生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在問題生產(chǎn)現(xiàn)狀1972年成立的河口指揮部,1983呈東、義和莊、義東、義北、邵家、大王莊、大王北、羅家、飛雁灘、陳家莊、13個油田,探明含油面積2834平方千米,地質(zhì)儲量36570不含油公司的，動用含油面積242。2平方千米，動用地質(zhì)儲量32770萬噸,7918萬噸,24.26118萬噸；采油廠油井每天開井一千六百多口,日產(chǎn)液量八萬多噸,日產(chǎn)油量八千多噸。4。2存在問題實時有桿泵工況分析技術(shù)具有寬闊的應(yīng)用前景.當(dāng)前國內(nèi)對電機本體質(zhì)量是否合格的測試爭論較多，而對電機自動測試系統(tǒng)的爭論、應(yīng)用則較少.因此,本工程擬有桿泵電機運行工況的監(jiān)測,為提高油田有桿泵電機系統(tǒng)運行效率，提高采油效率和經(jīng)濟效益奠定根底。5。河口采油廠抽油電機扭矩在線監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計5。1系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo)該系統(tǒng)承受高性能32位ARM處理器(LPC2364〕作為核心數(shù)據(jù)處理器，LPC2364基于ARM7TDMI-S核，可在高達72MHz的頻率下運行，其體積小、Thumb〔16位〕/ARM(32位〕雙指令集，因此計算性能128kB的程序存儲器,8kB靜態(tài)存儲空間(SRAM〕6路32的串行外設(shè)接口,便于實現(xiàn)與上位計算機通訊。系統(tǒng)軟件算法承受標(biāo)準(zhǔn)C語言編用定子電角頻率和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差電角頻率就可計算得到轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)速.利用電磁轉(zhuǎn)矩機輸出機械轉(zhuǎn)矩,依據(jù)電機輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速可得到電機輸出機械功率以及系統(tǒng)的整體效率.為實現(xiàn)系統(tǒng)臨時數(shù)據(jù)保存、檢測系統(tǒng)參數(shù)保存以及系統(tǒng)時間實時顯示,選用低本錢、低功耗的日歷時鐘芯片,日歷時鐘芯片不僅可作為系統(tǒng)的時間基準(zhǔn),而且其內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲單元可實現(xiàn)參數(shù)的保存,同時該系統(tǒng)的系統(tǒng)時間還可通過1秒(05秒統(tǒng)通過RS232接口對檢測系統(tǒng)進展參數(shù)設(shè)置和修改,另外可依據(jù)實際要求選取通信方式，假設(shè)需要對某些參數(shù)進展遠程修改或?qū)z測系統(tǒng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控，可承受RS422/RS485傳輸方式進展數(shù)據(jù)通信，還可承受無線通信方式進展監(jiān)控。WEB異步電動機的工作狀況和供電狀況,對典型的電機故障進展示警，通過直接測量,然后依據(jù)電機的輸出扭矩推出抽油機減速箱的扭矩，然后利用預(yù)先計算好的扭矩因數(shù)TF推出懸點載荷,間接獲得抽油機井的示功圖，從而可以使用目前比較成熟的示功圖分析和診GPRS遠程傳輸所測量電機的電參數(shù)，掌握中心足不出戶就可以獲得抽油機井的實時動態(tài)工況，遠程掌握抽油機井.主要技術(shù)指標(biāo)：50誤差小于5％；時鐘在一天中誤差〔在不通過上位機通信校正的狀況下〕小于5秒..(2〕10%，(3〕10％。5.2系統(tǒng)核心測試算法。1電機定子電壓和電流瞬時值的硬件檢測框圖uuab電壓傳感器前級調(diào)理電路u多bc電壓傳感器前級調(diào)理電路路ia電流傳感器前級調(diào)理電路模擬開關(guān)ARM處理器ib電流傳感器前級調(diào)理電路圖1定子電壓和電流瞬時值的硬件檢測框圖1電平抬升、放大、濾波等處理電路后進入多路模擬開關(guān)，ARM處理器系統(tǒng)通過實時切換多路模擬開關(guān)檢測定子線電壓和相電流。5。2.2電機定子三相有功功率、無功功率及功率因數(shù)的計算方法將采樣得到的三相靜止坐標(biāo)系下〔ABC坐標(biāo)系〕的定子電壓、電流的瞬時值分別進展靜止坐標(biāo)變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下〔α-β坐標(biāo)系〕uα、uβiα、iβ：u uu

1 12 23 30

1 2 ua2 u3b u2

2c

〔1)231 23

1ii 2

2ia3 33b i 0 3b i 2 2 c

〔2)值和相位：u2u2u2s 〔3〕 arcsinuu us

(4〕同理，可得到定子電流綜合矢量的幅值和相位:i2i2i2 s arcsinii is

〔5〕〔6)因此可計算得到電機的功率因數(shù)角：u

i 〔7〕功率和無功功率：Pui ui Qui ui

(8〕〔9〕因此，電機的視在功率和功率因數(shù)分別為:P2Q2SP2Q2u

)i

(11〕5.2。3電機電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速估算原理由于抽油機異步電動機通常以額定頻率運行,電機正常工作時定子電壓遠大于定子電阻壓降，因此定子電阻變化對估算定子磁鏈的精度影響很小,可利用式(12〕和〔13〕通過積分的方法來估算定子磁鏈重量。 (u (u

RisRis

)dt)dt

〔12〕〔13〕利用式(12〕和〔13〕可計算得到定子磁鏈的幅值和相位:222s 〔14) arcsin s 〔15〕式(16〕估算電機電磁轉(zhuǎn)矩,np為電機極對數(shù)。T nem p

i)

(16〕依據(jù)計算所得的電磁轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈幅值可依據(jù)式〔17〕的異步電動機速度動態(tài)估算方法實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差電角速度估算。remRTremn2p s 〔17〕電機定子同步電角速度可由靜止坐標(biāo)系下的定子電壓方程得到：(u

Ri) s

s 2s

s

〔18〕因此，電機轉(zhuǎn)子機械轉(zhuǎn)速的計算表達式為：(s)/np (19〕,P0，通過式(21)〔22〕和〔23)可分別得到電機電磁轉(zhuǎn)矩、輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩。P Tem em

Ω 〔21〕sP (1s)Psm emP

P0 (22〕T mm (23)由此可計算得出電機系統(tǒng)的運行效率：P mP (24〕5。3系統(tǒng)硬件組成和根本工作方式系統(tǒng)穩(wěn)壓工作電源系統(tǒng)穩(wěn)壓工作電源時鐘芯片測電路定子電壓頻率檢測電路核心處理器LPC2364無線通信電路與上位機之間的通信電路，用于測試和參數(shù)設(shè)置圖2檢測系統(tǒng)主要包括以LPC2364為核心的最小系統(tǒng)單元，最小系統(tǒng)主要包括ARM處理器、晶振電路、復(fù)位電路、JTAG調(diào)試接口電路等。晶振芯片承受22.059MHz/3.3VCPU366.177MHz的系統(tǒng)時鐘頻率，ARMSRAMSRAM可以大量保存臨時采樣數(shù)據(jù)、通實現(xiàn)掉電狀況下系統(tǒng)參數(shù)〔如電機參數(shù)〕的保存,保證系統(tǒng)參數(shù)的準(zhǔn)確性。承受三端穩(wěn)壓電源可獲得穩(wěn)定的3。3V工作電源。為充分利用ARM處理器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器功能，設(shè)計異步電動機電壓、電流采樣、跟隨、電平抬升以及濾波放大電路,通過CPU的I/O口掌握多路模擬開關(guān)切換轉(zhuǎn)換通道,實現(xiàn)各路電量的實時準(zhǔn)確檢測。設(shè)計定子電壓頻率檢測電路,為軟件算法中的定子電角頻率計算值供給參考.ARM處理器與上位機之間的數(shù)據(jù)交換承受異步串行通訊方式,LPC2364帶有一個標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信接口，在66MHz的系統(tǒng)時鐘下可實現(xiàn)承受和發(fā)送的雙緩沖功能,GSM技術(shù)的GPRS為主,短消息為輔的通信方式,利用GPRS的在線功能保證通信的速度和通7－3所示.利用該通信方式可實現(xiàn)終端檢測系統(tǒng)上參數(shù).5。4系統(tǒng)軟件根本工作方式硬件系統(tǒng)配置、初始化,中斷向量進展初始化，程序變量初始化等功能.主程序與以及檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的打包上傳功能.在中斷效勞程序中則實現(xiàn)電機電壓、電流的實時檢測，各電參數(shù)的實時計算以及與主程序的交互。SIM卡SIM卡MC35I模1SIM卡MC35I模檢測終端N上網(wǎng)設(shè)備INTERNET移動基站圖3GPRS5。5載荷－扭矩推算5。5.1抽油機井13依據(jù)實測結(jié)果，依據(jù)理論模型可以推出功圖，如以下圖所示:先計算好的扭矩因數(shù)推出懸點載荷,進而得到該井的示功圖并利用成熟的示功圖分析技術(shù)分析該井的工作狀態(tài)。1415,從而準(zhǔn)確分析油井地面局部各個節(jié)點的效率,而不需要再手工測量電機的電壓/電流等參數(shù)。5.5。2螺桿泵利用每秒鐘幾十個測試點的電流、電壓和功率因數(shù)等電機工作參數(shù),考慮電光桿扭矩值及其變化規(guī)律,對螺桿泵井的工況進展診斷。5.5。2.1電機輸出軸功率11PI成11

又近似與

成正比，即1 2 0I2II2I22 01 112 為電動機負載電流；I為電動機空載電流。這樣,P為12

1 PP

P

PP

P 2

0 1P

P1 2

r 2

N 0

N 0NP N NP

N為電動機額定效率(電動機的額定技術(shù)數(shù)據(jù)); N 為額定負N載時的總損耗; P為輸入電功率；ΔP為不變損耗； ΔP為可變損〔與P對2應(yīng)。

0 r 15。5。2.2減速箱和驅(qū)動頭的作用，把地面電機的高速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)換成光桿的低速轉(zhuǎn)動。要計算光桿的轉(zhuǎn)速，首先應(yīng)得到地面電機的輸出軸轉(zhuǎn)速。電機的輸出軸轉(zhuǎn)速〔PP〕nPnn n 2 0 2N1 PnnPn

為電機的額定功率；P

為電機的輸入功率; n

為電機空載時同步20N轉(zhuǎn)速; n 為電機的額定轉(zhuǎn)速。電機通過減速箱驅(qū)動光桿轉(zhuǎn)動，光桿轉(zhuǎn)速：20Nnn 1ng b 00式中,b為減速箱傳動比;0

為減速箱效率; n

為電機負載時轉(zhuǎn)速.1。2.31,由電機的輸出軸功率和光桿轉(zhuǎn)速等參數(shù)可計算得出其準(zhǔn)確的光桿扭矩值。電機輸出軸扭矩:1T9549P1n11式中，P為電機輸出功率; n為電機負載時轉(zhuǎn)速.1光桿扭矩：PT 1 0g ngP為電機的輸出功率；

ng為光桿轉(zhuǎn)速。1 05。5.2。4相應(yīng)的變化,假設(shè)是底部桿斷脫，抽油桿不轉(zhuǎn)動時，垂向拉力接近正常時的值。定子規(guī)定的范圍內(nèi)做偏心運動，而垂直方向由于泵兩端壓差作用,轉(zhuǎn)子不能大幅如以下圖.依據(jù)電機輸出軸扭矩與光桿扭矩的對應(yīng)關(guān)系以及電機輸出軸扭矩與電參數(shù),而斷脫的位置可以依據(jù)與正常生產(chǎn)時的扭矩進展比較來推斷。線如以下圖。螺桿泵每個腔室相互并不連通,泵轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)過程中,不同腔室內(nèi)的液體壓力,泵的定、轉(zhuǎn)子過盈摩擦17線如圖。盈偏大，或定子橡膠溶脹、受溫度影響等因素造成過盈偏大,或定子脫膠，均可造成卡泵。扭矩變化曲線如以下圖.投資概算投資概算見下表：方案投資 萬元