单片机技术在油井电加热中的应用

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1、单片机技术在油井电加热中的应用设计蔡国庆（中油辽河油田公司沈阳采油厂，辽宁盘锦110316）摘要：提出了一种采用单片机技术，运用电能专用芯片，集成电机保护、油井井下电加热的自动运行控制的控制器；该项技术有效地解决油井井下电加热的自动运行控制问题。关键词：单片机有功功率电加热1概述沈阳油田已投入开发的区块大部分都为高凝油，而高凝油以其原油含蜡量高、凝固点高的原油特性，给原油开采造成了较大的难度。为使油井能够正常生产，必须采用井筒保温、热量补偿以及化学降凝等措施；因此，我厂绝大多数的油井采用了井下电加热装置对原油加热。加热功率多为30~50KW，在原油开采中井下电

2、加热装置的用电量占总用电量的50~70%；因此井下电加热装置的节能降耗具有重要的现实意义。2005年以来我厂开始试验运用定时加热、井口温度检测闭环控制等技术，经现场运用发现存在如下几个问题：①、定时加热是采油工根据经验手动调节定时器，控制加热时间；这种方式要求采油工具有很强的责任心和工作经验，即使这样也还存在控制效果不好，要么节能效果不好，要么加热不足，影响原油的开采。②、温度闭环的运用是在井口安装温度传感器，控制井口温度保持恒定，这种方式也存在以下缺点：a、温度的采集是在井口，受环境温度的影响较大，不能真实的反映井下温度；b、传感器的安装固定不便现场施工。针

3、对上述问题，我们经过研究认为只有采取新的方式，才能在加热装置的节能降耗上有所突破；于是2007年11月我们开始开发研制抽油机智能型节能保护控制器（以下简称控制器）。起初，我们采用电流检测方式判断井下负荷，在现场实施中发现有些油井距变电站较远，当加热装置工作时，造成电网电压下降达到10%，这样造成电机电流增大，影响井下负荷的准确判断，使用有一定的局限性；我们知道，在抽油机平衡一定的条件下，井下负荷与抽油机电机的有功功率成正比，与电网电压无关；因此，我们采用了检测有功功率的方式判断井下负荷，进而控制加热装置的起停，实现节能目的。2控制器原理2.1硬件构成控制器主要

4、由单片机、电量检测芯片、键盘显示、电源、输出控制等组成。电量参数的采集采用三相三线模式的两元件测量方式；合相有功功率的计算公式：P=UABIA+UCBIC，电压、电流传感器采集的电压、电流数据传送给电能计量芯片，经过芯片内DSP处理器的运算处理，检测出电压、电流、有功功率、无功功率及有无功电能等数据，通过SPI通讯口传给单片机，完成数据采集。14单片机是控制器的核心，它接收来自电能芯片的数据信息，经过内部软件的处理，判断电机电流是否过载、缺相、三相不平衡等保护功能；同时，通过有功功率的检测处理，当有功功率高于加热上限时，说明井下负荷重，原油加热不足，经延时处理

5、后，控制执行继电器动作，外部电加热器工作；当有功功率低于加热下限时，说明井下负荷轻，经延时处理后，控制执行继电器动作，外部电加热器停止工作。键盘显示电路，提供人机操作界面；可完成各项参数的设置，显示各项电量参数以及故障保护信息。图1控制器原理框图2.2软件编程控制器中的CPU的软件采用汇编语言编写；CPU的指令采用精简指令集RISC结构，由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，CPU的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾，内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。程序分主程序和各种功能的子程序；主程序流程图如图2

6、，各功能子程序简介：a、启动检测子程序完成电机启动的判断；b、启动中过载、缺相检测子程序完成启动中的电机保护；c、电流检测子程序完成电机电流的检测；d、过载、缺相检测子程序完成运行中的电机保护；e、有功功率检测子程序完成有功功率的检测；f、电加热控制子程序完成是否电加热的运行控制；g、停机检测子程序完成电机是否停机的判断；h、保护动作子程序完成电机保护动作的控制。14图2主程序流程图143控制器的参数和特点3.1控制器的技术参数①、输入电压：三相AC380V；②、缺相动作时间：<1.5S；③、不加热转换到加热的延时时间：10~40S；④、加热转换到不加热的延时

7、时间：<120S；3.2控制器的特点①、电机的过载、缺相及堵转保护，过载反时限特性。②、电加热的自动控制，节能降耗。③、生产工艺简单，安装调试简便，维护管理工作量相对较小。4结论：抽油机智能型节能保护控制器，有效地解决油井井下电加热器的如何自动运行控制的难题，节能降耗效果显著，减轻了采油工的劳动强度；同时，有效利用硬件资源，合理利用单片机的可编程特点，实现一机两用功能，具有一定的经济和社会效益，在辽河油田也具有较好的推广应用前景。参考文献：[1]Atmega8原理及运用手册（马潮、詹卫前、耿德根编）清华大学出版社，2003.3[2]ATT7022A用户手册（珠

8、海炬力集成电路设计有限公司编）作者简介