2 間抽控制器（POC）

由于抽油機是按照油井最大化的抽取量來進行選擇的，并且還留有設計余量。另外，隨著油井由淺入深的抽取，井中液面逐漸下降，泵的充滿度越來越不足，直到最后發生空抽的現象，如果不加以控制，就會白白地浪費大量的電能。對于這種油井，最簡單的方法是實行間抽，即當油井出液量不足或發生空抽時，就關閉抽油機，等待井下液量的蓄積，當液面超過一定深度時，再開啟抽油機，這樣就提高了抽油機的工作效率，避免了大量的電能浪費。

間抽控制的原始做法是派人定時到油井去開停抽油機，即使在發達國家，目前也還有不少油井采用這種人工控制方式，以便解決抽油機的低效和浪費問題。這種做法每天要派人去井場操作好幾次，經過長期試驗才能摸索出適合各油井的間抽規律，費工費時。于是就引入了定時鐘，只須設定開、停機時間，便能自動地進行間抽控制，但是，這仍然無法解決令抽油機的工作能力動態地響應油井負荷的變化，以達到最佳的節能效果，同時，還有可能會影響油井的產量。

為了解決上述問題，通過安裝相關的傳感器，精確感知油井負荷的動態變化，實現智能間抽控制（IPOC）。為此，可采用各種不同的傳感器達到控制目的，下面分別予以介紹。

2.1 液面探測器

如果能直接測出井中的液面，那么就可以用它來控制抽油機的運行。當液面高度超過泵時，就啟動抽油機；當液面降到泵的吸入口處時，就關閉抽油機，避免空抽的發生。早期的方法是使用永久式的井下壓力傳感器來檢測液面，現代則是利用聲波裝置從地面上自動監測井下液面深度，但是，由于裝置復雜，維修費用高而沒有得到普及。

2.2 流量傳感器

在井口通過流量傳感器檢測油井的出液量，是實現抽油機控制最直接，也是最有效的方法。但是，由于國內的油井產量太低，有些油井的產量每天只有幾m³，甚至不足1m³，合10cm³/s。這么小的流量檢測，對于各種類型的流量傳感器來講都是一個難題，再加上井中采出的油液中含有大量的泥沙和蠟塊，經常會發生堵塞現象，因而也未能獲得推廣應用。

2.3 電機電流傳感器

應當說，電機電流的檢測是最方便、最可靠，也是最為廉價的方法。當發生空抽時，下沖程開始時游動閥并沒有打開，光桿載荷為桿柱重量及游動閥上部液柱的重量之和，可平衡掉大部分的配重的重量，電動機只要用很小的能量就可將桿柱送入井底，電機電流較小；當油井中泵的充滿度較高時，下沖程開始不久，游動閥即打開，泵中液面托住了游動閥上部的液柱重量，并且使抽油桿柱也浸沒在液體中，因而光桿載荷只是桿柱在液體中的浮重，這也就意味著電機將用較大的能量來舉起曲柄或游梁尾部的平衡塊的重量才能將桿柱送入井底，因而電流就較大。

在下沖程時設置一個設定值，當發生空抽時，實際電流將降至此值以下，控制器就關閉抽油機。也可通過電機的平均電流進行檢測，從實際平均電流的下降中也可很容易地鑒別出空抽的發生。但是，電流的檢測受到抽油機配重的影響而使實際的電機電流變得很難控制，絕不像某些膚淺的文章中所描述的那樣，是近似方波的電流波形。實際的抽油機電動機的扭矩（電流）曲線如圖3所示。這種不規則的扭矩（電流）曲線，只有通過抽油機的機械結構和平衡曲線的改變方能改變，而不是通過電控裝置可以實現的，因此，這是一個機電一體化的系統工程問題。

圖3 采用普通異步電動機的標準抽油機上的慣性扭矩當量

2.4 抽油桿載荷傳感器

普遍采用的方法是通過特制的傳感器，對抽油機的光桿載荷進行檢測，因為，光桿載荷是井下泵運行情況的最好監視器，并且它不受平衡配重的影響。泵的充盈系數（包括空抽）通過對抽油桿載荷的分析可以很容易地被檢測出來。另外，更重要的是抽油桿載荷數據，加上抽油桿位置的信息，正是分析井下工況的“示功圖”的必備數據，利用這些信息可對抽油機的運行情況進行全面的分析。

在光桿或游梁上安裝測力傳感器可以測出抽油桿的載荷數據。光桿測力傳感器比較準確，但易于損壞；安裝在游梁上的傳感器準確度比較低，但比較耐用。國內已有抽油機專用的測力傳感器產品。利用載荷傳感器的數據繪制的示功圖，檢測抽空控制設備的工作原理如圖4所示。
抽空控制最可靠的一個方法是計算光桿所做的機械功，因為，機械功與被示功圖所封閉的面積成正比，所以，空抽表明輸入到系統中的能量減少，只須計算示功圖的面積或一部分面積即可檢測抽空條件。其方法包括在示功圖上設定兩條垂直線，計算這兩條抽油桿位置線之間示功圖的面積或曲線下面的面積，如果用示功圖里面的面積，可檢測出圖4中的面積1減少了；如果用示功圖下面的面積，則可檢測出面積2增加了。

（a） 抽油桿載荷傳感在設定點處的桿載荷

（b） 變化的載荷量

（c） 抽油桿所做的機械功

圖4 監測抽油桿載荷裝置的抽空控制設備的工作原理

同時，也可像電機電流信號一樣，通過計算光桿載荷平均值的辦法來檢測抽空的發生，較高的載荷平均值表示有可能發生空抽，而較低的載荷平均值則表示油井中液量多。

總之，間抽控制器的優點和經濟效益是顯而易見的。

1）由于縮短了抽油時間，大大減少了能量消耗。但是，在用人工控制和定時自動控制間抽時，由于惟恐減產，幾乎都會發生實際抽油時間比必要的抽油時間長的情形，因而不能完全避免空抽。通過傳感器信號實現閉環控制的智能間抽控制器（IPOC），在檢測到空抽時立即關閉抽油機，避免了空抽的發生，平均可多節約能量20％～30％。

2）相對于人工間抽和定時間抽來講，智能間抽控制由于達到了較低的平均液面，增加了產量。因為，較低的液面意味著較低的井底流壓，結果較多的液體流入井底，通常可增產1％～4％。

3）由于消除了液擊現象，可使井下和地面設備的維修費用減少25％～30％。另外，通過IPOC裝置可提前探測到油井故障，從而進一步減少了所需的修井作業量。

4）使用微電腦技術的IPOC裝置大大增加了抽油系統的性能信息檢測數據，為抽油機的遙控遙測及集中控制創造了條件。

3 軟起動及調壓節能型

由于抽油機的功率檔次有限，如30kN，60kN，80kN，100kN等，而每一口油井的參數都不一樣，在選配抽油機時，不可能做到量體裁衣，剛好和抽油機的功率檔次相匹配，一般留有一定的功率裕量；各型抽油機在配用電動機時，為了保證抽油機在各種工況下正常運行，也留有一定的功率余量；隨著油井由淺入深的抽取，油井的產液量越來越少，抽油機的負荷也相應減小。由于上述原因，就造成了抽油機的實際負載率普遍偏低，大部分抽油機的負載率在20％～30％之間，最高也不會超過50％，形成大馬拉小車的現象。而當電動機處于輕載運行時，其效率和功率因數都較低，此時若適當調節電動機定子的端電壓，使之與電動機的負載率合理匹配，這樣就降低了電動機的勵磁電流，從而降低電動機的鐵耗和從電網吸收的無功功率，可以提高電動機的運行效率和功率因數，達到節能的目的。