油田项目可行性报告

油井电机扭矩监测技术试验应用工程可行性争论报告目录\l“_TOC_250026“编制依据和原则 1\l“_TOC_250025“编制依据 1\l“_TOC_250024“1。1.1节能降耗、掌握本钱 1\l“_TOC_250023“。2实时跟踪、便利快捷 2\l“_TOC_250022“编制原则 3\l“_TOC_250021“2。争论范围 3\l“_TOC_250020“2。1电机参数在线检测技术 3\l“_TOC_250019“扭矩－载荷推算技术 3\l“_TOC_250018“数据远程传送技术 4\l“_TOC_250017“3。遵循的标准、标准 4\l“_TOC_250016“4.河口采油厂生产现状及存在问题 5\l“_TOC_250015“4。1生产现状 5\l“_TOC_250014“4。2存在问题 6\l“_TOC_250013“5。河口采油厂抽油电机扭矩在线监测系统方案设计 6\l“_TOC_250012“5。1系统功能及技术指标 6\l“_TOC_250011“5。2系统核心测试算法 8\l“_TOC_250010“5。2。1电机定子电压和电流瞬时值的硬件检测框图 8\l“_TOC_250009“5。2.2电机定子三相有功功率、无功功率及功率因数的计算方法 85.2.3电机电磁转矩、转速估算原理 10\l“_TOC_250008“5.3系统硬件组成和根本工作方式 11\l“_TOC_250007“5。4系统软件根本工作方式 12\l“_TOC_250006“5。5载荷－扭矩推算 13\l“_TOC_250005“。1抽油机井 135。5.2螺杆泵 15\l“_TOC_250004“投资概算 18\l“_TOC_250003“经济效益分析 19\l“_TOC_250002“6.环境保护 19\l“_TOC_250001“7.安全 19\l“_TOC_250000“8。结论 2010编制依据和原则编制依据1。1。1节能降耗、掌握本钱并举、节约优先的方针，大力推动节能降耗,提高能源利用效率。油气勘探开发行业是我国主要的能源生产行业之一，也是能源消耗的大户.在为国家生产更多油气资源的同时，节能降耗也是油气勘探开发行业主要任务之一。成功油田自60年月初期开发至今，经多年的生产开发建设，油田产液含水率渐渐上升,原油产量渐渐递减，油田生产进入高含水的生产阶段；为了降低开观念、技术、工艺，才能实现节能降耗、本钱掌握。目前，有杆泵〔包括抽油机和螺杆泵)井占采油厂生产井的90％以上，采油厂的电量绝大局部都消耗在有杆泵采油上，电量的使用是采油厂的一大本钱.如140不寻常的有杆泵电机进展调整，对电能的节约将是格外可观的.因此通过实时监测电机(包括异步和同步电机〕的工作状况或供电状况，实现对电机的预知性修理，避开意外损失〔如不必要的临时修理和意外人员伤亡等〔电机故障或供电特别实现节能降耗、本钱掌握.本工程依据抽油电机的特性、构造、额定参数和实际工作环境等特点,承受电动机的无速度传感器速度检测方式,再进一步获得其他关油电机的运行状况、节约电能、提高采油效率和增加经济效益奠定根底。实时跟踪、便利快捷问题。结果往往使得实测示功图不能很好地反映深井泵的实际工况,而且费时费力,影响抽油机井的产量,并且动力仪是机械式的，存在测量偏移,测量结果不准确，而且每一个冲程周期只采集一百多个点,很多微小的变化没有在示功图上反响出来。监控与采油数据的实时性,甚至准确性。当抽油机深井泵消灭故障时不能准时觉察，得不到有效检测、防患和掌握。扭矩因数TF推出悬点载荷，间接获得抽油机井的示功图，从而可以使用目前比GPRS远程传输所测量电机的机井.1。2编制原则提高油区的采油效率和增加经济效益。三、在满足生产的前提下，做到便利施工,易于维护，环保节能。2。争论范围2。1电机参数在线检测技术电机参数在线检测技术是通过测量异步电动机三相电压、电流,获得电机的等.通过在线检测抽油机的电参数实时监测抽油异步电动机的工作状况和供电状况，对典型的电机故障进展示警。2。2扭矩－载荷推算技术抽油机工作时，由悬点载荷及平衡重在曲柄轴〔)上造成的扭大扭矩。在肯定条件下它既限制着油井生产时所承受的最大抽汲参数,同时又限制着为了保证大参数生产所需要的电动机功率.因此，扭矩曲线除了用来确定最确定电动机输出的功率,检查功率利用状况及利用均方根扭矩选择电动机功率。依据所测得的电机电磁扭矩曲线推算出减速箱输出轴扭矩曲线,然后利用预作状态。2。3数据远程传送技术GPRS通讯方式建设依靠移动通讯公司浩大的GPRS网络，建设本钱与运行维护本钱都很低,远小于自行建设独立运行的专用通讯网络(DDN波等)GPRSGPRSRS232串行口的监测设备连接，与中心数据效劳器构建透亮的数据传输通道.它运行牢靠,抑制、解决了其他通信方统的同时，还需要消耗很大精力去维护通信线路的问题。3。遵循的标准、标准为确保工程技术先进合理,安全牢靠,符合国家的方针、政策,符合客观实际，严格执行以下的标准、标准：GB/T2887—2023电子计算机场地通用标准〔2)GB/T16435-1996《远动设备终端通用技术条件》〔3《中华人民共和国安全行业治理标准》(4)《软件工程国家标准》〔5)《中国电气安装工程施工及验收标准》(6〕GA/T75—94《安全防范工程程序与要求》〔7〕GA/T74—94《安全检查防范系统通用图形符号》《社会公共场所安全防范工种设计标准》GB50343-2023建筑物电子信息系统防雷技术标准〔10)公安部、公安厅技防办有关文件规定。河口采油厂生产现状及存在问题生产现状1972年成立的河口指挥部,1983呈东、义和庄、义东、义北、邵家、大王庄、大王北、罗家、飞雁滩、陈家庄、13个油田,探明含油面积2834平方千米,地质储量36570不含油公司的，动用含油面积242。2平方千米，动用地质储量32770万吨,7918万吨,24.26118万吨；采油厂油井每天开井一千六百多口,日产液量八万多吨,日产油量八千多吨。4。2存在问题实时有杆泵工况分析技术具有宽阔的应用前景.当前国内对电机本体质量是否合格的测试争论较多，而对电机自动测试系统的争论、应用则较少.因此,本工程拟有杆泵电机运行工况的监测,为提高油田有杆泵电机系统运行效率，提高采油效率和经济效益奠定根底。5。河口采油厂抽油电机扭矩在线监测系统方案设计5。1系统功能及技术指标该系统承受高性能32位ARM处理器(LPC2364〕作为核心数据处理器，LPC2364基于ARM7TDMI-S核，可在高达72MHz的频率下运行，其体积小、Thumb〔16位〕/ARM(32位〕双指令集，因此计算性能128kB的程序存储器,8kB静态存储空间(SRAM〕6路32的串行外设接口,便于实现与上位计算机通讯。系统软件算法承受标准C语言编用定子电角频率和转子转差电角频率就可计算得到转子实际转速.利用电磁转矩机输出机械转矩,依据电机输出转矩和转速可得到电机输出机械功率以及系统的整体效率.为实现系统临时数据保存、检测系统参数保存以及系统时间实时显示,选用低本钱、低功耗的日历时钟芯片,日历时钟芯片不仅可作为系统的时间基准,而且其内部的数据存储单元可实现参数的保存,同时该系统的系统时间还可通过1秒(05秒统通过RS232接口对检测系统进展参数设置和修改,另外可依据实际要求选取通信方式，假设需要对某些参数进展远程修改或对检测系统实现远程监控，可承受RS422/RS485传输方式进展数据通信，还可承受无线通信方式进展监控。WEB异步电动机的工作状况和供电状况,对典型的电机故障进展示警，通过直接测量,然后依据电机的输出扭矩推出抽油机减速箱的扭矩，然后利用预先计算好的扭矩因数TF推出悬点载荷,间接获得抽油机井的示功图，从而可以使用目前比较成熟的示功图分析和诊GPRS远程传输所测量电机的电参数，掌握中心足不出户就可以获得抽油机井的实时动态工况，远程掌握抽油机井.主要技术指标：50误差小于5％；时钟在一天中误差〔在不通过上位机通信校正的状况下〕小于5秒..(2〕10%，(3〕10％。5.2系统核心测试算法。1电机定子电压和电流瞬时值的硬件检测框图uuab电压传感器前级调理电路u多bc电压传感器前级调理电路路ia电流传感器前级调理电路模拟开关ARM处理器ib电流传感器前级调理电路图1定子电压和电流瞬时值的硬件检测框图1电平抬升、放大、滤波等处理电路后进入多路模拟开关，ARM处理器系统通过实时切换多路模拟开关检测定子线电压和相电流。5。2.2电机定子三相有功功率、无功功率及功率因数的计算方法将采样得到的三相静止坐标系下〔ABC坐标系〕的定子电压、电流的瞬时值分别进展静止坐标变换得到两相静止坐标系下〔α-β坐标系〕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，可得到定子电流综合矢量的幅值和相位:i2i2i2 s arcsinii is

〔5〕〔6)因此可计算得到电机的功率因数角：u

i 〔7〕功率和无功功率：Pui ui Qui ui

(8〕〔9〕因此，电机的视在功率和功率因数分别为:P2Q2SP2Q2u

)i

(11〕5.2。3电机电磁转矩、转速估算原理由于抽油机异步电动机通常以额定频率运行,电机正常工作时定子电压远大于定子电阻压降，因此定子电阻变化对估算定子磁链的精度影响很小,可利用式(12〕和〔13〕通过积分的方法来估算定子磁链重量。 (u (u

RisRis

)dt)dt

〔12〕〔13〕利用式(12〕和〔13〕可计算得到定子磁链的幅值和相位:222s 〔14) arcsin s 〔15〕式(16〕估算电机电磁转矩,np为电机极对数。T nem p

i)

(16〕依据计算所得的电磁转矩、定子磁链幅值可依据式〔17〕的异步电动机速度动态估算方法实现电机转子转差电角速度估算。remRTremn2p s 〔17〕电机定子同步电角速度可由静止坐标系下的定子电压方程得到：(u

Ri) s

s 2s

s

〔18〕因此，电机转子机械转速的计算表达式为：(s)/np (19〕,P0，通过式(21)〔22〕和〔23)可分别得到电机电磁转矩、输出功率和输出转矩。P Tem em

Ω 〔21〕sP (1s)Psm emP

P0 (22〕T mm (23)由此可计算得出电机系统的运行效率：P mP (24〕5。3系统硬件组成和根本工作方式系统稳压工作电源系统稳压工作电源时钟芯片测电路定子电压频率检测电路核心处理器LPC2364无线通信电路与上位机之间的通信电路，用于测试和参数设置图2检测系统主要包括以LPC2364为核心的最小系统单元，最小系统主要包括ARM处理器、晶振电路、复位电路、JTAG调试接口电路等。晶振芯片承受22.059MHz/3.3VCPU366.177MHz的系统时钟频率，ARMSRAMSRAM可以大量保存临时采样数据、通实现掉电状况下系统参数〔如电机参数〕的保存,保证系统参数的准确性。承受三端稳压电源可获得稳定的3。3V工作电源。为充分利用ARM处理器内部的A/D转换器功能，设计异步电动机电压、电流采样、跟随、电平抬升以及滤波放大电路,通过CPU的I/O口掌握多路模拟开关切换转换通道,实现各路电量的实时准确检测。设计定子电压频率检测电路,为软件算法中的定子电角频率计算值供给参考.ARM处理器与上位机之间的数据交换承受异步串行通讯方式,LPC2364带有一个标准异步串行通信接口，在66MHz的系统时钟下可实现承受和发送的双缓冲功能,GSM技术的GPRS为主,短消息为辅的通信方式,利用GPRS的在线功能保证通信的速度和通7－3所示.利用该通信方式可实现终端检测系统上参数.5。4系统软件根本工作方式硬件系统配置、初始化,中断向量进展初始化，程序变量初始化等功能.主程序与以及检测系统数据的打包上传功能.在中断效劳程序中则实现电机电压、电流的实时检测，各电参数的实时计算以及与主程序的交互。SIM卡SIM卡MC35I模1SIM卡MC35I模检测终端N上网设备INTERNET移动基站图3GPRS5。5载荷－扭矩推算5。5.1抽油机井13依据实测结果，依据理论模型可以推出功图，如以下图所示:先计算好的扭矩因数推出悬点载荷,进而得到该井的示功图并利用成熟的示功图分析技术分析该井的工作状态。1415,从而准确分析油井地面局部各个节点的效率,而不需要再手工测量电机的电压/电流等参数。5.5。2螺杆泵利用每秒钟几十个测试点的电流、电压和功率因数等电机工作参数,考虑电光杆扭矩值及其变化规律,对螺杆泵井的工况进展诊断。5.5。2.1电机输出轴功率11PI成11

又近似与

成正比，即1 2 0I2II2I22 01 112 为电动机负载电流；I为电动机空载电流。这样,P为12

1 PP

P

PP

P 2

0 1P

P1 2

r 2

N 0

N 0NP N NP

N为电动机额定效率(电动机的额定技术数据); N 为额定负N载时的总损耗; P为输入电功率；ΔP为不变损耗； ΔP为可变损〔与P对2应。

0 r 15。5。2.2减速箱和驱动头的作用，把地面电机的高速转动,转换成光杆的低速转动。要计算光杆的转速，首先应得到地面电机的输出轴转速。电机的输出轴转速〔PP〕nPnn n 2 0 2N1 PnnPn

为电机的额定功率；P

为电机的输入功率; n

为电机空载时同步20N转速; n 为电机的额定转速。电机通过减速箱驱动光杆转动，光杆转速：20Nnn 1ng b 00式中,b为减速箱传动比;0

为减速箱效率; n

为电机负载时转速.1。2.31,由电机的输出轴功率和光杆转速等参数可计算得出其准确的光杆扭矩值。电机输出轴扭矩:1T9549P1n11式中，P为电机输出功率; n为电机负载时转速.1光杆扭矩：PT 1 0g ngP为电机的输出功率；

ng为光杆转速。1 05。5.2。4相应的变化,假设是底部杆断脱，抽油杆不转动时，垂向拉力接近正常时的值。定子规定的范围内做偏心运动，而垂直方向由于泵两端压差作用,转子不能大幅如以下图.依据电机输出轴扭矩与光杆扭矩的对应关系以及电机输出轴扭矩与电参数,而断脱的位置可以依据与正常生产时的扭矩进展比较来推断。线如以下图。螺杆泵每个腔室相互并不连通,泵转子在运转过程中,不同腔室内的液体压力,泵的定、转子过盈摩擦17线如图。盈偏大，或定子橡胶溶胀、受温度影响等因素造成过盈偏大,或定子脱胶，均可造成卡泵。扭矩变化曲线如以下图.投资概算投资概算见下表：方案投资 万元