稠油开采中抽油机的负载特性分析河南油田第二采油厂以稠油开采为主。以井楼油田10号计量站为例，该站的13口井都是稠油井，其中12口为斜直井，井斜角从3045，平均井深在300m左右，功率因数在0.110.35之间。这此井在开采过程中负载变化比较大，平衡难以调整，大部分井存在明显的不平衡状况，所有的井都有发电现象。其次，由于油稠、井浅、加上斜井的原因，造成光杆下行困难，很容易损坏载荷传感器，测试示功图困难。
对于以蒸汽吞吐方式的稠油开采，在注汽结束后马上要进行抽排水，这时地层温度最高、地层出液的粘度最小，如果抽油机能采用较高的冲次，就可以减少排水时间，有利于保持地层温度，提高抽油效率。随着抽油时间的增加，油层温度在降低，出液粘度增加很快，活塞和杆柱的下行阻力也在快速增，往往造成光杆下不去，这时如果能适当降低冲次，则有利于提高冲程效率，增加产油量。
节能方式的选择解决第二采油厂稠油井开采中存在的问题，我们曾尝试过各种方案：（1）电容无功补偿方案：该方案只能解决抽油机井低功率因数问题；（2）电磁调速电机方案：在一般情况下电磁调速电机能平滑地调整冲次，但在蒸汽吞吐周期的后期，出油温度降低，粘度加大，如果想调低冲次，于大庆石油学院，现为河南油田分公司第二采油厂厂长。电河南石油往往会造成扭矩不足抽油机卡死。其次，在调速状态下，电磁调速电机的效率也较低。
（3）单井变频调速方案：变频调速的可调范围大，效率高，能彻底消除无功损耗。但用于稠油抽油机井时，由于负功发电现象明显，往往造成变频器超压跳闸关机。要解决这个问题，就需要在变频器上配备大功率的泄放电阻，这造成了能量浪费，降低了效率，也提高了设备的造价。
（4）单井变频加回馈方案：这个方案主要存在的问题是每一口井都要配备变频器和回蚀单元，造价太高。
通过以上分析，我们选择北京枫火石油科技有限公司的成组变频测控方案。该方案在一个井组内安装变频器，共用直流母组和回馈单元，彻底解决了无功损耗、负功发电等问题，能自动测试抽油机井的示功图，能跟踪井下出液情况自动调整冲次，防止液击，能对抽油机的工作状态进行监测保护。
成组变频测控系统抽油机井成组变频测控技术（以下称成组变频技术），是以抽油机井电能测试技术、智能测控技术和共直流母线变频节能技术等三项技术为核心的新型油田节能测控技术。
系统设计的原则（1）对应性原则：抽油机可以看作是一个黑箱系统，电能是其输入，示功图所对应的机械能是其输出，输入输出特性就是抽油机的传递函数。对于一台具体的抽油机和一口具体的井，其传递函数是确定的，可以通过测试而得到。其示功图与电能曲线的关系是确定的对应关系，能根据示功图推算出电能曲线，反之亦然。这种测试与分析技术就是抽油机电能图测试技术。采用这项技术，就可能解决稠油井示功图测试难的问题。
（2）叠加性原则：抽油机每一时刻的功率都是在变化的，虽有一段时间处在发电状态，但大部分时间在耗电。由于抽油机发电的能量来源于抽油机的耗电，由于多次转换效率较低，抽油机的发电功率肯定明显示小于耗电功率。如果有几口井（3口井以上）同时工作，则会消除绝大部分发电现象，这就是叠加性原则。对于抽油机所发的电，在一般抽油机变频拖动方案中，这一部分电能是通过能耗制动的方式消耗了（电能消耗在制动电阻里，引起发热）。如果每一口井都配备一套电能回馈单元成本又太高，而在成组变频方案中，所有井的直流母线是连接在一起的，井组总体来说不会发电，就算偶尔有发电现象，也可以通过整流及回馈单元将电能回送电网，而不会引起电能浪费。
（3）多重保护原则：第一级保护是变频器，能对当电机发生掉相、断路、过流、短路进行保护；第二级保护是电气系统，设计了过流、过压、欠压、短路、过载保护；第三级保护是上位计算机自动监测，当抽油机井发生断脱、井卡、皮带断等故障时，系统会发出警报并关闭该井。
成组变频系统的组成成组变频测控系统是由一个井组动力中心和井组测控中心组成。井组动力中心由7台变频器和1个回馈单元组成，并以直流共母线技术把这些设备连接在一起。采用这种技术的变频器可将直流母线以适当的方式进行连接，使变频器之间能实现能源共享，使处于再生制动方式运行的电机所发的电能可被其它的变频器使用，从而减少了能源的浪费。井组动力中心提供了变频与工频两种工作方式，以保证生产的正常进行。井组测控中心由控制计算机、打印机、数据采集设施、通令设备及测控软件构成，用于对变频器的调控和各抽油机井示功图进行在线测试，并根据井下的供液情况，自动调整抽油机的冲次，使抽油机的抽吸能力能够自动适应地下供液能力。
现场应用情况从2002年10月开始，将井楼油田10号计量站L1262等7口油井上作为一个井组，安装了一套成组变频系统，经过1年多的实际运行，证明了该系统工作可靠，实现了消除无功、平滑调整冲次，自动测试示功图，跟踪井下产液情况自动调整冲次的目标，具有显著的节能效果。
测控功能（1）井组测控中心以每分钟1次的采集速度实现了抽油机井的示功图和井组的电流、电压、电功率的在线测量以及数据传输。
（2）用户可以通过井组测控中心调节各井的冲次，根据各井的生产状况提高或降低冲次，以实现增产或节能的目标。
（3）系统每分钟保存1次示功图，每3分钟对刘铁岭等。抽油机成组变频测控系统现场应用研究7口油井进行一次巡检，每30分钟对设定为自动控制方式的油井进行一次冲次调整。
（4）软件系统可以实时采集监控器所传送数据，数据传输具有自动纠错功能，以保证数据传输的正确性，正确率达到100%，并转换成可视的功图数据，自动生成所需的数据报表。
节能效果河南油田节能监测中心2003年对井楼油田10号计量站成组变频测控系统的节能情况进行了测试。无功功率本身不消耗电能，但增大了线路损耗及变压器损耗，按有关规定应以9%12%折算为有功功率，在本次测试中，消除无功功率节电率按无功功率的10%计算。
相同冲次下的节能效果比可以看出：视在功率大幅降低，彻底消除无功功耗，消除无功功率节电率达到29.68%，井组总节电率达到30.27%.抽油机井成组变频测控技术是一项集示功图在线测试、抽油机井诊断技术和抽油机井抽空控制等多项技术于一体的新技术，该项目的实施大幅地提高10号计量站的经济效益：（1）提高了吞吐开发效果和系统效率。在单井吞吐结束后可以采用较快的冲次，加强排水，排水时间可缩短1/5，有利于保持地温，提高单井吞吐周期内的产量；在吞吐中后期，降低冲次，减少光杆滞后现象，提高泵效，延长吞吐周期。（2）实现了实时监测油井的生产工况，可随时了解油井生产动态，彻底解决示功图无法测试、井下状况不清的问题。（3）实现了节能效果，彻底消除无功功率，提高功率因数，综合节能达65.53%.（4）挖掘电网容量，减少用电负荷，降低增容费用，优化机采系统电网运行。（5）提高了油田开发技术水平，降低了劳动强度，有利于提高经济效益。
