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(1. 西安荣森电子有限责任公司 陕西 西安 710065；2.陕西省电子信息产品监督检验院 陕西 西安 710004)

0 引 言

众所周知，抽提泵(螺杆泵)是油田广泛使用的非均衡动力系统。所采用的动力源是三相异步电机或多级电泵，存在效率低，不便调速，上下冲程不可调，功率因数低等弊端。为提高效率，通常通过参照已确定的电机参数，采用改变频率(电机转速或传动比)、电抗稳流、平衡电压、谐波治理降压等电机节能方法来对其调节。其中调频变速为首选，该技术不但能节省电能，而且能使电机零电流起动，能有效的保护动力系统，节电率一般在10%～20%左右，油田已广泛推荐应用。若能进一步综合各种参数，优化组合实施方案，油田进一步节能增效的潜力仍然很大。

1 节能增效介绍

1.1 由电机调频节电能向系统节电能转变

对抽提井或电泵井来说，他们属于不同的负载类型，运行于不同的“工况”，对抽油机来说，它属位(势)能负载，在整个冲次的某个阶段，电机会处于再发电状态而产生泵生电压，这部分再生能量必须进行处理，或回馈电网；而潜油电泵属变负载类型负载，即电机在起动时需较大转矩，而停止时则负荷很重。这时的电机则处于电(磁)能泄放状态，软停止对防止油下冲有明显的作用，油泵不会被打坏，对设备或电网也不会造成很大冲击，这部分再生能量反而非常有效。采油是把产出(注入)井(层)作为特殊被控对象加以控制的，因此必须了解油田采注井(产出油井和注入井的统称)开采过程中表现出的特性。其中最主要的是时变性，由于油矿地质情况的复杂多变，概括起来有以下一些特点：1)系统参数的未知性、时变性、随机性和分散性；2)系统滞后的未知性和时变性；3)系统严重的非线性；4)系统各变量间的关联性；5)环境干扰的未知性、多样性和随机性。这些特性统称其为“工况”特性，它给机电控制带来了许多问题，造成其实际产能率普遍偏低，大部分采注井的效能在5%～15%之间。可见如依据具体井的“工况”特性来调频节约电能，会比传统的单纯电机调频节约电能效果更好。

1.2 合理的“泵况”和“井况”状态能有效地降低采油成本和提高采注效益

电泵或抽油机是一种大惯量变化负载，一般采用传统的工作方式，即在采油工定期寻检下工作，因而突发故障频繁，运行成本高。主要原因有：1)工频启动电流大，电动机电缆的压降大，使电动机电缆在启动过程中的反向电压较高，电缆绝缘性能降低，每次开机都会影响动力系统的使用寿命。油井一般位于电网末端，油区面积大，配电线缆长，输电的线缆损失不可忽视，况且每一口油井的参数都不一样，同一井内的多井层也有水层、气层和油层之分，故在选配电机或电泵时，都留有足够的功率裕量。而在正常工作下，普遍存在着电动机负载率较低的情况，“大马拉小车”现象严重，造成电能的巨大浪费。2)功率因数降低，耗电量大，工频工作时，电潜泵始终工作在额定转速下，如果井下液量供不应求，容易造成“死井”，损失惨重。3)电动机与泵长期在高压状态下运行，有时因油井出沙严重，使设备寿命缩短，特别是不能及时解决井下液量供不应求而造成“死井”事故。4)传统的调节方式是靠更换油嘴来调节产量，这样不能精确的控制会造成能量的浪费。如能将正常运行的“泵况”和“井况”状态实时测控，就能有效地降低采油成本和提高采注效益。

1.3 基于三次开采的“工况”模态分析，提高采收率

在原油气开采过程中，初期采油气一般依靠地底压力让原油自喷而出；此后由于地下压力减小，不得不向地下注水将油驱出，称二次采油。在二次采油工艺中，引入调频节能技术，其基于建立频率响应函数的负荷测量模型，它要求对实际动力结构井及井层施加一组可控、可观的注入压力激励，同时测取其产出响应参量之一的负荷，通过输入输出数据辨识电泵动力学特性，实施调频节能。当前，中国多数油田处于二次采油晚期，每百吨采出液体中，含水量高达95%，综合原油采收率只有30%多，60%多的石油仍然留在地下无法采出。于是在实际开采中多数已采用的是三次采油，即采用从地面注入各种驱油介质-各种化学物质、溶剂、热载体、等物理化学方法等进行生产，其采收率约为50%--70%。这种以开采二次采油阶段剩余为目标所采取的各种增加原油产量的措施，包括各种物理及化学驱油措施。其意义更加广泛，动力结构更加复杂，如还包括单井吞吐、近井地带处理以及水平井开采技术应用等。该阶段必须采用以实验模态分析技术作为结构动力学反问题研究的主要手段，来控制开采，如聚合物驱油气技术是隶属于三次采油阶段的“提高采收率”技术中的一种强化采油工艺技术，通常是在水驱开发基础上的，改善水驱，是向地层注入高粘度的聚合物溶液来大大降低流度比、扩大波及体积、提高驱油效率从而提高采收率的驱油工艺。然而，实施遇到的困难是，研究对象及井层或者无法施加人工激励;或者人工激励代价昂贵或有破坏性；或者结构在工作状态下自身承受的环境激励不可测控。由此提出了只在响应可测的条件下对结构动力学参数辨识的测控问题，称为“工况”模态分析。

1.4 采注井合理的“工况”动态模型能有效地降低采油成本和提高采注效益

目前油田各采注井“工况”的参数的获取是采用定时、定点采集，使用的仪器有电流表、扭矩测试仪、压力表测试和液面探测仪等，得到的数据主要是人工进行分析，分析的可靠性比较差。而实际上大部分井的一些故障单纯凭一种参数很难准确诊断，一些突发故障或事件就更难把握了，这就需要一种适时和智能的方法来诊断，一方面提高故障诊断的符合率，另一方面能及时采取措施，将损失降到最低。如果能将井层和井口的数据同步检测，即将“泵况”和“井况”数据拟合出“工况”动态模型，并进行自适应跟踪调整，就更能有效地降低采油成本和提高采注效益。本公司研制的SDL-1井下智能多参数测控装置就是针对国内外相关节能技术的不足，将反映油井“工况”特征的油或水层温度、压力，流量、持水率等“井况”特性和井口的载荷、扭矩、产量以及变频和回馈保护相关技术的“泵况”结合起来，而开发出高科技环保节能型专用控制装置。

1.5 测量与保护诊断结合，降低或减少了采注的运营成本

抽提泵(螺杆泵)是油田广泛使用的采油设备，同其它大负载设备一样，如果使用不当或产品质量有问题，会出现一些故障。由于“井况”的特殊性，其各种故障的反映特征和诊断方法及处理措施与其它大负载设备不同。如常见的“工况”事故包括油杆断脱、油管严重漏失、泵严重漏失、蜡堵、转子脱离定子、卡泵和各种自然灾害影响等，都会造成很大的生产损失，将付出高昂的维修成本。如故障电泵井的修理费用，仅工程费一项就达5万元之多；维修故障电泵必需提上放下，而价值10万元的电缆平均提上放下5次就须更换。而正常电泵井平均每10个月就维修1次，维修费用需8万元。而这些成本完全是可以降低或控制的。如采用预估、滤波和内插方法建立系统学习、自适应以及参数跟踪和调节功能，实现信息充分综合利用，挖掘尽可能的节能潜力，让系统长期可靠平稳经济运行是完全可能的。

井下智能技术作为一种新型的完井技术，对油田开采提供了一种更方便、更灵活的管理方式，受到人们越来越多的关注，油气界也日益认识到智能完井技术在优化生产效率和油气采收率方面的巨大潜力，而智能井系统中的井下多传感器系统[1]，智能井地面监测和控制系统(包括水力/电力调度)，以及本项目统称的油田产出(注入)井(层)节能增效多参数测控装置的系统智能化水平将代表着国内本行业该领域的最新发展趋势。

2 研究系统装置

2.1 高效节能多参数测控装置

高效节能多参数测控装置(系统)是在原有的技术储备基础上研制出低成本高可靠性的“井况”测量传感器、节能增效井口测控装置，并在介入了变频、馈电节能措施后，能更好地实现产能和电能的合理配置。

该系统采用嵌入式机械结构，自适应的软件测控原理、数据采集同步、网络远传通讯等实用技术，通过对在井下高温度、高压力下工作的电潜泵机组的环境参数和自身电参量的在线采集、处理、分析和判断，实现自适应测量和控制，同时也能实现各种故障下的全线速动，快速切除各种故障模块或单个电机，并能在瞬时性故障切除后自动恢复工作，保证非故障机组长期安全、稳定、经济地运行。

同时该系统采用了反映波形畸变程度的短数据窗波形识别算法、正交滤波算法、小矢量提取等算法；因泵况、工况或井况发生异常或故障的瞬间，其物理特性对应的电流、电压信号包含衰减的直流分量和谐波分量等暂态分量变化，其波形发生不同程度的畸变，严重影响快速测控的性能。由于快速测控采用基于短数据窗的算法，为克服波形畸变对测控性能的影响，采用反映波形畸变程度的短数据窗波形识别算法，计算出波形畸变程度，据此修正测控或保护的判据，从而提高其保护性能。

与此同时该系统建立一套强大的综合性的利用地质资料和测试资料反应油藏开发状况的分析处理与远程信息分析发布软件系统。本系统使得有关的地质人员(油藏工程师)能在桌面上高效率地直接使用各种测试资料和地质资料，并通过这些资料可靠地定量和定性地判断储层动用状况和注水受效评价，直观地反映井间连通状况、注采平衡和措施效果等信息。

2.2 装置的关键技术

高效节能多参数测控装置(系统)由井下多传感器，井口测控部分和同轴信号传输电缆构成。井口测控装置的核心部件采用TMS320F2812数字信号处理器。利用其先进的内部和外设结构使得该处理器特别适合各电器参量的测量、电机及其运动状态的控制。井下多传感器实现了单片控制器系统(SOC)与AD采集模块的组合；软件采用自适应测控技术，将测量装置的多传感器(主要完成流量、压力、温度、含水、密度等信号的采集、处理和编码)系统和井口测控装置合二为一，融合测控电力调频。各流水线参量变换时间最小60 ns，单位变换200 ns；井口装置改进的eCAN2.0B接口模块可以完成系统的远程通讯。该系统的关键技术特点如下：

1)采用分布式井口就地低压无功补偿技术，在用电设备最近点进行无功功率补偿和谐波滤除，有效降低上级电网的补偿压力，同时进一步降低传输损耗。该方法通过提高功率因数、改善电压质量、降低线路输送电流、降低线路损耗电量、消除电网谐波，从而实现节能降耗。

2)针对泵况，变频调速。根据电机转速公式：n=60f(1-s)/p可知，电机转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50 Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽，变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。主要是采用变频调速控制后，控制系统可根据系统“泵况”负荷变化及时改变输入电机的电流和电压，降低电机输入功率，调整电机的转速，使电机处于经济负荷下运行，达到节电目的。

3)基于实际开采中已采用的三次采油措施，其节能增效意义更加广泛，动力结构更加复杂，如还包括单井吞吐、近井地带处理以及水平井开采技术应用等，采用以实验模态分析技术作为结构动力学反问题研究的方法来控制开采，由此提出了只在响应可测的条件下对结构动力学参数辨识的测控问题，以实际工作状况实测响应参数来真实地辨识反映采/注井结构本身的固有特征、边界条件及环境载荷特性，与主动控制、系统监测和设备保护诊断等调频节能工程应用直接相关，建立模型。

4)以循环注水流量所消耗电能和其变化率这两个简单、直观常用的参数为依据，及时采集、分析和调节，解决了原油(气)产能在诸如注水流量低时影响产液量，注水流量高时又重复浪费资源的矛盾，使产能，产液及电能消耗能合理配置，节约资源。

5)产品的动态动力模型数据来自于采注井井下的“井况”和井口的“泵况”信息，而“井况”和“泵况”的信息却来自于井下多传感器和井口测控装置的数据技术融合，能够实时反应“泵况”系统激励与“井况”的产能关系，且有效确保“工况”特性配匹，共建一个手动或自动的智能井系统，根据专家指令完成测控工作，确保更大、更有效的产能精准控制，是本项目节能变为现实的技术基础。

3 研制系统装置

3.1 系统井口装置的实现方案及技术指标

系统井口装置按工业级标准设计，机箱采用标准6U型、后插拔、大面板、全封闭铝合金结构机箱，可以独立或组合配柜安置在井口附近运行，见图1。采/注井节能增效系统的井口测控装置(100)，它由四插件和前后两面板构成。其中有：检测与驱动插件(140)，它主要完成井下信号的编解码，并拨离出各传感器的参数大小，同时也完成井口IGBT检测与电力的驱动输出等；DSP插件(130)，它主要完成将输出井和(或)注入井口及井层系的多参数“井况”信息和“泵况”测控信息融合在一起，使“泵况”和“井况”经时空同步后显现在同一平台的液晶和(或)后台集控站，特别是采用嵌入式软件，利用多传感器融合技术使“泵况”，“井况”与“工况”合并增产节能，自适应跟踪控制动力，实现油气单井和(或)局部采/注井的高效节能、经济运行。电力插件(120)是系统的电源系统，它负责井口和井下各功能模块的电源供给；采集插件(110)，完成井口产出或注入介质流量、压力、温度等多传感器信号采集，同时也完成对电压、电流、载荷、扭矩转速等“泵况”信号采集。以上四插件对外有测控接口，根据DSP指令可以完成各种测控任务。其中，人机接口面板(MMI)可以和车载或中央处理机完成有(无)线通讯、光钎或电缆接入，实现远程连接并协同油田网络工作。

通过上述的工艺设计，使井口测控装置(100)具有防振，防尘、防潮、防有害气体、防电磁干扰等安全措施，各插件设计完全标准化、模块化，生产、调试、维护十分方便；用户可以根据配置不同，可续加配置1个或多个DSP插件；软件编程采用模块化，组态灵活方便，使用范围广泛，现成调用便捷；内部端子采用德国HT接插件；对外交流电流端子采用带短路环的插接端子，光纤接口采用FC连接方式，其它端子均采用菲尼克斯端子。

系统的硬件主要指标：采用DSP技术构建硬件平台，实现数据的快速采集和处理。模拟量：16路高速同步采样400点/周波，数据采样速率不低于320 kHz；采样精度为16位，模拟量输入范围为±5V，采样精度±4LSB；存储器：在DSP中配置，外部RAM：256K×32b，外部FLASH：256K×16b；开入量采集：由DSP经三级电压变换完成，以提高分辨率，带有16路光电隔离，带有瞬态干扰抑制保护输入通道；各环节采用防高电压、强电磁干扰的硬件措施如光电隔离的隔离电压不小于2 500 V；驱动口：16路，24 V输出，带光电隔离，隔离电压不小于2 500 V，分辨率不大于1 ms，且出口控制采用硬件软件相结合，做到硬件故障时能可靠闭锁出口，如上电手动复位，上电闭锁所有出口等；为提高可靠性，在软件看门狗充分利用地基础上设计硬件看门狗电路，其周期可调整(不大于10 ms)，在程序出错时，保证10 ms内自动复归运行。

系统的装置硬件设计完全标准化、模块化，生产、调试、维护一方便为准。内嵌软件编程模块化，组态灵活方便。特别采用新型的自适应融合算法，快速地提取电力系统运行的特征量，确保软件能在20 ms内响应并驱动。软件设有自检功能，在DSP硬件平台上就可以完成节能效果评估和算法验证。

系统的技术指标：

容量范围：10～500 KVA;

电压等级：200～1 000 V;

输出频率调节范围:5～100 Hz;

输入电流谐波含量:<4%;

输出电压谐波含量:<2%;

输出电压dV/dt:<600V/us;

输出频率准确度:±0.05 Hz;

输出频率分辨率:0.01 Hz;

输出电压准确度:±0.5%;

变频器满载效率:>98.5%;

整体满载效率:>96.5%;

过载能力:额定电流的1.25倍，60 s;

单元温升:<40 ℃;

变压器温升:<90 ℃;

输入功率因素:>0.95;

环境温度:-5～+45 ℃。

3.2 实现低成本高可靠多传感器装置及推广应用

以经济可靠为原则，从电器工艺结构入手，将井下多传感器与电子线路整合成一体。独创嵌套结构，将敏感元件与电子线路经过优化设计，使敏感元件与介质充分接触，电子器件内置夹层，对外部件呈“中空管件”，安装配套完成后，与油管或套管自成一体。在SDL-1井下智能多参数测控装置[2]基础上实现节能增效的新装置，将连续流量、压力、温度、密度、含水等参数的在线监测传感器进行集成，实现可集成度高成本低的适合井下工作的传感器装置。通过多传感器系统能精确实时监控泵工作中的各种工作参数，将泵况、井况及工况进行有机地组合，以增加产量，降低成本；通过提高使用多传感器系统的可靠性，也可以降低修井的次数和停产的时间，减少泵的更换次数，减小泵杆和油管的磨损和能量的消耗，以提高井的生产效率，降低运营维修成本。

随着应用范围的推广，检测对象的复杂多样性以及其它要素的影响，原产品的推广应用受到了很大的限制，特别是早期主要安装在抽油机、电潜泵、注水泵等泵井上，现经过对该项目的进一步的研究开发，应用更加广泛，主要用于智能井、地面或井下管线连续流量、压力、温度、密度、含水等参数的在线监测，尤其在石油开采环节中的优化、井下监测、油水分离，喷射泵/灌注泵的生产监测、泥浆和砂的注入监控、注CO2、甲烷的监控。也可以为地质工程师进行生产优化、汽除水、砂控制、多井监测、水平井、高油/气比率井和小井距井的监测提供时实决策数据。

3.3 系统软件

在公司自主开发的智能多参数标检软件基础上实现节能增效的升级版本，该软件具有以下特点：

精准控制：本软件容易实现综合各种测试资料及有关地质资料，通过取长补短，互相补充，互相印证，最后熔合为一体，实现全面整体的油藏地质动态描述的目的。能大大地提高测试资料的信息利用率，使得油藏动态分析人员准确和及时地认识油藏动态。

动态输送：本软件具有强大的远程图表、数据、信息发布功能。采用高档微机为人机交互前端，完成数据获取、数据组织管理、模型选择、参数选择、图形方式及参数选择、统计分析处理、结果显示和输出、结果发布，根据计算量的大小采取本机处理或由服务器或工作站进行计算。有关计算、统计、分析结果的各种图形及表格数据，以及原始测试曲线、解释成果图表，通过企业网以WWW或B/S方式进行发布，使有关部门随时可以查阅。利用JDBC数据库接口技术，应用Java在FrontPage中嵌入代码编程设计发布信息的主页，并能实现交互式、图形式(而非图象式)的用户界面，同时保证大量数据在网上的高速传送系统的高效。

本系统总体结构设计为多层B/S结构：即根据目前实际的网络和单机环境，在Windows NT Server4.0中文版以上版本的网络操作系统环境，微机操作系统为Windows2000中文版；为了兼顾现状、考虑发展及推广，本系统以标准格式的Oracle库为基础。采用高档微机为人机交互前端，完成动、静态数据获取、数据组织管理、区块动态参数计算、图形表现、统计分析处理、结果显示和输出、结果发布等功能。

广播数据资料：发布油田开发过程中的测试资料(试井资料、吸水剖面测试资料和出油剖面测试资料)的各种图形及表格数据，以及原始测试曲线、解释成果图表，通过企业网以WWW或B/S方式进行发布，使领导和有关部门随时查阅生产数据、提高工作效率，保证资料的一致性和准确性，迅速、准确地掌握第一手材料，并能充分利用数据库集成的优势，随时根据需要找出诸如含水变化过大、产量降低的区块、井组和单井，分析用的参考数据、图形等配合使用，便于分析，减少在查找相应资料所花的时间和精力。分析包括：1)区块动态分析；2)井组动态分析；3)单井动态分析；4)层位动态分析。

4 产品实现及技术模型

本产品的结构框图见图1：采/注井节能增效系统框图[3]。

图1 油田输出和(或)注入井循环能效系统

其组成包括：井口测控装置(100)、单芯同轴电缆信道(200)和井下多传感器测控(300)三部分。其中，井口测控部分(100)是本次立项的核心内容，主要负责完成“泵况”及井口测控和系统组织管理节能增效工作。信道部分(200)和井下测控部分由智能井多参数测控传感器系统(300)配套，这部分产品已由公司自主开发完成，在油田已有成熟可靠地产品供应。如已获专利和科技进步奖的SDL-1型智能井多参数监测装置[4]，它负责准确可靠地提供当前井及井层系的“井况”信息，辩识测控参数大小，如流量、压力、温度、各相浓度及密度等，信号和供电由信道(200)同轴电缆完成。

4.1 将传统的调频节能技术和采注井降耗增效技术融合

依循我国大部分油田的二次开采方案，依据黑油油藏的最优化处理BOAST方法，将基本的压力流动方程的相关参数融合判断，如压力，微压差，流量，持水[5](气)率也称浓度、密度等参量作为采注井节能增耗的判据之一与电力能效结合，实现产能与电能耗的统一，既治标又治本。

4.2 实现“泵况、井况、工况”三况合一，柔性控制

自适应控制与常规反馈控制及最优控制一样,也是一种基于物理和数学模型约束的控制方法，所不同的是自适应控制所依据的关于模型和扰动的经验参量比较少，需要在系统的运行过程中去不断提取有关模型的信息，使模型逐渐完善。本项目产品依据精准控制的技术基础，采用自适应“井况”和“泵况”的动态优化控制技术来适应“工况”系统的实时瞬变特性。具体地说，装置可以依据井口装置获得的“泵况”和“井况”的传感输入和执行器输出数据，不断地辨识“工况”模型的参数。随着采注过程的不断进行，装置不停地在线辨识，结果“工况”模型会变得越来越准确，越来越接近于实际获得的专家指令。该控制技术根据单口井或层的历史产能(单位消耗的出油率或注水量)参数构建出最大熵约上束条件下的动态优化控制结构和快速自适应优化算法，实时改变“工况”效能、特性或定值，使得采注系统处于最佳运行状态、更充分地发挥其调频节电性能，用更多判据来提高采注系统的选择性、速动性、可靠性和灵敏性。

如图2，各采油井的产能系统一般可以分成产出、用电、转储三个部分。产出部分一般由产出井及其多级采注层组成，各层特性是间歇脉动的；转储部分由多个串并联的油、气、水储罐组成，其中油、气是产出部分，水是循环转储的介质，特性稳定均衡，它可以作为系统的缓冲调节，重复使用；用电部分是指产油、注水等动力系统，主要消耗电能,假设设备用电特性是稳定的；根据产能平衡原理，可以建立产能，消耗、转储三者关系的电能物理模型。其数学模型如下：

P(t)=η1Pe(t)+η2dPf(t)/dt

(1)

式(1)中，P(t)为某井单位日采吨油(立方气)消耗总电量，kW/d；Pe(t)为某井单位日采吨油(立方气)产量的电力消耗，kW/d；Pf(t)为某井采用节能后单位日采注水循环吨水而消耗的电能，kW/d；η1为每度电的单位日产能系数，其含义是每单位日吨油(立方气)消耗所需的电能,或折算出能够产出的原油(气)的产量，单位t(m3)/d，主要与电力节能的“泵况”有关；η2为每度电的单位日采注水的耗能系数，其含义是每单位日吨转注储水罐里水所消耗的电能，或折算出转注储水罐水后节省的电能(指外援水所需的消耗电能)所能再产出的原油(气)的产量，大小与流体的流量、流体成分持率(浓度)等“井况”和储罐的容积有关。对式(1)积分后有：

(2)

其中，式(1)表示该系统的瞬时关系，式(2)表示该系统的节能累积效果关系。

图2 产能系统示意图

本数学模型的主要用途就是依据工艺要求，合理地控制泵况和井况，结合水转储消耗电能的变化趋势预报产油(气)的供应“工况”是处于过剩状态还是不足状态，为产出平衡系统的调度指挥提供参考，让采注系统“三况合一”，满足间歇脉动的瞬变特性，既可以减少多产出水造成的资源浪费，又可以避免因为产液量过低给生产带来的影响，实现实实在在的节能。

4.3 实现经济可靠的硬件平台

对井下多传感器检测而言，本系统必需经济可靠，才能在生产中得到广泛使用。从电器工艺结构入手，将井下多传感器与电子线路及软件整合成一体。独创嵌套结构，将敏感元件与电子线路经过优化设计，使敏感元件与介质充分接触。电子器件内置夹层，对外部件呈“中空管件”，系统安装完成后，与油管或套管自成一体，流体介质从中间流动，既降低对流态的影响，又能提高其检测的可靠性。

井口地面装置采用6U后插拔、大面板结构，装置内由交流低通滤波、数字处理芯片DSP(含编解码器)、执行器(继电器)、光电隔离出入口信号接口、液晶及键盘、电源、通讯光纤接口等组件构成。该创新结构把井下和井口不同的信号参数和异类环境变量综合在同一平台，使系统更具协调性和交叉渗透特性，满足了复杂动力工程节电增产的现实需求，并从其内在关联参量中挖掘节能潜力，保障设备经济平稳可靠运行，产品结构对比见表1。

表1 本项目产品与现有相关产品的结构对比

4.4 采用测量保护诊断结合，控制系统可靠经济运行

基于自适应测控保护原理和故障类型的故障量提取算法，采用模糊信息的预测跟踪技术，软件依据电流法、扭矩法和憋压法的基本原理，以日常业务处理系统的数据为基础，利用数学的或智能的方法，对业务数据进行综合、分析，确定“工况”现状，为现场工程师或管理人员提供决策帮助或送给集控中心进行数据分析与管理，以此控制系统可靠经济运行。

5 关键技术指标

5.1 装置关键技术及技术指标

通过本项目的实施，将解决以下关键技术问题：

1)变基准叠加技术的五电平无谐波开关网络拓扑电路；

2)矢量控制与直接转矩控制相结合感应电动机变频调压的综合方法；

3)采用特殊的开关拓扑结构电路及矢量控制与转矩控制综合优化的控制方法，解决了传统大电机软启动所存在的问题；

4)基于IGBT开关控制以调整无功功率分布进而调整功率因数。

项目完成样机时，通过国家计量认可的检测中心的型式试验、环境试验，其主要技术指标拟达到：效能指标：20%～35%。

5.2 主要技术指标

5.2.1 泵况

电流测量范围：0～60 A，精度：2.5级；电压测量范围：0～500 V，精度：2.5级；功率：10～500 kW；效率：95%。

5.2.2 井况

扭矩测量范围：10～1 000 N.m，精度：1%；载荷测量范围：10 N～100 K，测量精度：1.5%；转速测量范围：0～5 000/min 转速测量精度：1%；流量测量：10～300 m3/d，瞬时流量1.0级，累积流量1级；压力测量：0～60 MPa，精度：0.5级(温补可达0.2级)；温度测量：-50～125 ℃，精度：±2 ℃；含 水 率：5%～95%，精度：2.0级。

6 结 语

本系统通过采用系统智能调频技术，优化了油田采油泵和注水泵的工作效率与油井工作状况的关系，达到节能增效的目的，通过采集输出井(或注入井)井口及井层的多参数“井况”信息和采油泵等多参数动力“泵况”信息，用装置的专用软件，分析和判断这些采集到的信息，进行智能综合判断，确定出该井(站)的“工况”模型， 将传统的调频节能技术和采注井降耗增效技术融合，实现“泵况、井况、工况”三况合一柔性控制，并利用经济可靠的硬件平台，采用测量保护诊断结合，控制系统可靠经济运行，这样既提高了节能率，节能率可达25%以上，也增加了原油的产能，使油田单位产能在原来的基础上得以提高。