简介

随着油田开发进入中后期，地层的能量逐渐下降，极易出现油井开采速度大于地层供液能力的情况，此时，过快的抽汲速度并没有带来产量的提高，却浪费了大量能量，系统效率降低；同时，由于井下供液能力不足，造成井下抽油泵的充满程度较低，当柱塞上行时，泵筒不能被液体完全充满，游动阀到泵内流体液面的这段空间内将形成一个低压区。在下冲程过程中，游动阀在低压区无法打开，当遇到泵内流体后，游动阀迅速打开，载荷从抽油杆柱转移到油管柱上并产生液击现象。液击的产生会给系统带来强烈的振动波，增加悬点的附加动载系数，有时能达到30%以上，使系统寿命降低，能耗增加。

变速驱动技术在原油集输、供水、采暖供热等领域都取得了较好的节能效果，极大地改善了系统的供需平衡状况。针对这一情况，国内外学者提出将变速驱动技术运用到抽油系统上，以协调油井的供液能力，降低抽油杆柱的载荷大小及应力波动，减少油田运行过程中的维修费用以及用电费用等。

抽油机变速驱动技术

从变速的作用范围来看，可以将变速驱动技术分为宏观变速驱动和微观变速驱动2大类。

宏观变速驱动

该变速驱动技术主要从冲次层面上对油井抽汲速度进行调节。在抽油机井中，冲次反映的是柱塞平均每分钟完成一个完整的上下往复运动的次数，表征的是整个系统运行的 平均 运动速度。冲次提高，电机的平均转速、曲柄的平均角速度以及抽油泵的平均抽汲速度等也会随之提高。抽油机变速驱动技术在发展初期，主要是通过调节抽油机井的冲次来实现供采平衡的。由于冲次描述的是一个周期系统整体的运行快慢，是个宏观物理量，所以此时以调节冲次为基础的变速驱动技术又称为抽油机宏观变速驱动技术。

微观变速驱动

该变速驱动技术将冲次不断细化，在保证整体冲次基本不变的前提下，深入到冲次周期内每一时间点的系统抽汲速度，通过改变一个周期内电机速度的分布剖面，对抽油机系统进行变速调节。在油井的生产状况、地层供液能力不变的情况下，针对特定的预期目标，例如产量提高或能耗降低，理论上一个周期内每一时间点电机的转速都有一个最优值，抽油机微观变速驱动与控制技术就是为了在不同油井条件下实现系统最佳运行状态。

实现方式

根据变速原理的不同，抽油机变速驱动的实现方式主要可以分为2种。

1）调压调速。

当负载转矩一定时，电源电压降低会使转差率增大，电机转速减小，利用异步电机的这种机械特性，通过改变电源电压的大小对异步电机的转速进行调节。

2）变频调速。

根据异步电机转速公式，电机转速与电源频率成正比，通过改变电源频率的大小可调节异步电机的转速。

宏观变速驱动技术

抽油机宏观变速驱动技术主要针对于泵充满度不高的抽油机井，通过调节冲次，使泵的充满程度维持在一定的理想范围内。由于泵充满度无法在地面直接测量，所以采用智能控制技术，其工作原理是通过分析一些可测量动态参数与泵充满程度的关系，间接判断泵充满度的大小，进而进行小幅度的调节，再依据这些动态参数的反馈信息作为下一周期变速控制的依据。主要动态参数为悬点示功图以及动液面深度。根据动态参数的不同，将基于冲次调节的智能控制技术分成以下2类。

1、基于悬点示功图的冲次智能控制

（1）判断依据