中国报告大厅网讯，在2025年，抽油机行业正朝着智能化、高效化和节能化方向发展。随着油田开发进入中后期，传统抽油机系统面临着能耗高、工况适应性差等问题。为了应对这些挑战，基于变频器的抽油机冲次自适应技术应运而生。该技术通过多源数据融合和智能控制算法，实现了抽油机冲次的动态调整，显著降低了能耗，提高了设备运行效率。本文将探讨该技术的工作原理、系统架构、现场试验及经济效益评估，展示其在节能降耗和设备优化方面的显著效果。

  一、抽油机能耗现状与节能需求

  《2025-2030年中国抽油机行业发展趋势分析与未来投资研究报告》指出，抽油机作为油田采油的核心设备，其运行效率直接影响能源消耗与开发成本。传统定冲次控制模式难以适应油井动态变化，导致电动机长期处于低效运行状态，造成能源浪费与设备损耗。据统计，抽油机系统能耗占油田总能耗的40%以上，其中低效运行导致的额外能耗高达20%~30%。随着油田进入开发中后期，油井产量递减、工况复杂化问题日益突出，亟需通过智能化控制技术提升系统能效。

  二、抽油机冲次自适应控制技术

  (一)工作原理及能耗分析

  抽油机系统主要由地面驱动系统和井下抽油泵两部分组成。地面系统包括电动机、减速器、曲柄连杆机构、平衡装置和游梁;井下系统包括抽油杆和抽油泵。工作时，电动机通过减速器驱动曲柄连杆机构，将旋转运动转化为往复运动，带动抽油杆上下运动，从而驱动井下抽油泵完成抽油过程。

  抽油机的能耗主要来自四个方面：电动机能耗、机械传动损耗、液力损耗和其他损耗。其中，电动机能耗占总能耗的60%~70%，机械传动损耗占15%~25%，液力损耗占5%~10%，其他损耗占5%~10%。因此，电动机运行效率的优化是抽油机节能的主要方向。

  (二)变频技术的应用潜力

  变频技术通过调整电动机供电频率控制转速，为抽油机提供了灵活调节冲次的能力。它可实现工况自适应，根据油井动态参数实时调整运行状态;软启动特性将启动电流控制在额定值2~3倍，减轻电网冲击并延长设备寿命;能量优化管理功能可提高功率因数至0.9以上，回收下冲程势能，优化运行曲线。变频技术为抽油机智能化提供了基础平台，结合多参数工况识别算法和自学习控制策略，可实现系统全面智能化。

  三、基于变频器的抽油机冲次自适应控制系统

  (一)系统架构与硬件组成

  基于变频器的抽油机冲次自适应控制系统采用分层架构设计，包括感知层、处理层和执行层三个层次。感知层由多传感器网络构成，包括载荷传感器、位移传感器、电流传感器和振动传感器，用于实时监测抽油机的运行状态。处理层由边缘计算单元组成，负责数据处理和算法执行。执行层由智能变频器和电动机组成，负责执行冲次调节。

  (二)冲次自适应技术的实现机制

  冲次自适应技术的核心在于根据油井实时工况动态调整抽油机冲次，以实现最佳的能效与产量平衡。其实现机制主要包括四个环节：工况数据采集、工况特征识别、优化决策与冲次执行控制。通过多传感器网络采集抽油机运行数据，利用模式识别算法对采集数据进行分析，识别当前油井工况特征，如是否抽空、是否气锁、液面高度等。基于识别结果和预设目标，采用优化算法计算最佳冲次值，最后由变频器精确控制电动机转速，实现冲次的平滑调整。

  (三)控制策略

  多源数据融合的动态工况识别算法：系统采用多源数据融合技术，结合时域特征和频域分析，实现对油井工况的准确识别。识别模型基于贝叶斯网络构建，通过对特征向量的分析，系统可识别出正常生产、抽空、气锁、蜡卡等多种工况，并给出识别置信度，为后续冲次调整提供决策基础。

  基于PID-模糊控制的冲次调节逻辑：冲次调节采用PID-模糊控制相结合的方法，在保证系统稳定性的同时，提高对非线性特性的适应能力。通过模糊规则设计，系统可根据工况动态调整冲次，实现平稳过渡和快速响应。

  安全约束条件下的极值寻优模型：冲次优化目标是在保证产量的前提下最小化能耗，同时需满足设备运行安全约束。优化模型采用改进的粒子群算法(PSO)，每15~30分钟进行一次全局优化，保证系统的实时性和稳定性。

  四、现场试验及效果分析

  (一)试验区概况

  试验选取某油田S区块的5口典型油井，这些油井具有不同的开采特点和工况条件，代表性强。

  (二)节能效果量化分析

  能耗降低数据对比：通过对比技术实施前后各井的单位产液能耗，评估了系统的节能效果。5口试验井的单位产液能耗均实现了显著降低，降幅在32.7%~37.5%，平均节能率达到35.4%。其中，S-01井和S-05井的节能效果最为显著，分别达到36.8%和32.7%。

  不同工况下的适应性表现：系统能够根据工况变化自动调整冲次。例如，在液面下降时，系统将冲次从4.2次/min降至3.6次/min，避免抽空;在出现气锁时，系统根据气锁程度降低冲次，轻微气锁降至3.8次/min，严重气锁降至3.2次/min。自适应调整有效防止了抽空和气锁恶化，相比传统固定冲次模式，仍然实现显著节能。

  (三)经济效益评估

  抽油机行业现状分析指出，基于试验结果，对技术的经济效益进行了综合评估。系统初始投资较大，但因具有显著的节能效果和设备故障率降低效益，投资回收期仅为2.28年。若考虑设备故障减少带来的维护成本降低和停机损失减少，实际回收期将进一步缩短。系统8年使用寿命内可为单井创造近25万元的经济效益，具有良好的经济可行性。

  五、总结

  通过理论建模、系统设计与现场验证，成功开发了基于变频器的抽油机冲次自适应技术。该技术通过多传感器融合与智能控制策略，实现了抽油机冲次与油井工况的动态匹配，显著降低了无效能耗。现场试验验证了技术的有效性，平均节能率达35.4%，异常工况下节能潜力更大，同时设备可靠性提升32%，经济效益显著。系统采用分层架构设计，具备良好的扩展性与环境适应性，为油田数字化转型提供了模块化解决方案。