變頻控制技術在抽油機上應用，能使抽油機－抽油桿－抽油泵達到動態協調，使有桿抽油系統和油井供液系統達到動態協調。當前抽油機變頻控制技術主要有數控抽油機和智能抽油機。這兩種抽油機從工作原理、結構特點、性能指標、運動規律等幾方面均不相同，分別代表了變頻控制技術在抽油生產設備中兩種不同類型的應用。數控抽油機是徹底拋棄了游梁抽油機，從變頻控制系統、傳動系統到機械結構等方面重新設計、制造；智能抽油機是在繼承了游梁抽油機諸多優點的基礎上，應用變頻控制技術控制游梁抽油機。由于受諸多因素影響，變頻控制技術在抽油生產設備上尚未獲得較大規模推廣。

        變頻控制技術自80年代中后期，先后在挪威、美國、加拿大等國用于驅動石油鉆機，變頻控制驅動鉆機被世界公認為80年代發展起來的鉆井裝備四大新技術之一。實踐證明，在油田設備上應用變頻控制技術不僅自動化程度提高，節能效果明顯，而且降低工人的勞動強度，減少工作量，綜合效益明顯。目前，變頻控制技術在油田正向廣度和深度發展。但變頻控制技術在抽油生產設備中的應用還很少，當前主要有兩種：數控抽油機和智能抽油機。這兩種抽油機從工作原理、結構特點、性能指標、運動規律等幾方面均不相同，分別代表了變頻技術在抽油生產設備中兩種不同類型的應用。國內數控抽油機從90年代初期開始研制，經過不斷的技術改進，先后應用在大港、華北、大慶、勝利等油田十幾口油井上；國內智能抽油機從90年代中期開始研制，經過不斷技術改進，先后應用在新疆、遼河、華北等油田的十幾口油井上。這兩種抽油機經油田現場使用表明：使抽油系統增產、節能、無級調速，最終提高抽油系統的系統效率。
1　變頻控制技術在數控抽油機上應用
　　數控抽油機以全數控電力拖動為基礎，綜合應用變頻調速技術、過程控制技術、傳感器技術，按照機電一體化的設計思想精心制造的電子—機械裝置，它可以根據每口油井的工況及時調整抽汲參數，使抽油機在最佳參數下運行。數控抽油機在我國及世界居領先地位。
1.1　數控抽油機的工作原理
　　數控抽油機由變頻調速器、可編程控制器、位置傳感器、同步電動機、機架等組成，結構示意圖如圖1所示。數控抽油機的變頻控制部分主要由變頻調速器和可編程控制器組成，根據不同井況而編寫的程序事先存貯于可編程控制器中，可編程控制器根據位置傳感器輸入的信號并根據內部控制程序來決定其輸出信號，變頻調速器接受可編程控制器的輸出信號，并根據其內部指令編程決定其輸出電源的頻率和電壓，變頻調速器輸出的電源控制稀土同步電動機的轉速，電動機通過減速器驅動機架上的鏈輪，鏈輪驅動鏈條帶動抽油桿往復運動。


1.2　數控抽油機的性能指標
　　數控抽油機較傳統的游梁抽油機有許多優點：
　　(1)通過調節上、下死點極限位置磁塊的間距，可方便地無級調整抽油機沖程；
　　(2)通過調節變頻調速器輸出電源的頻率，從而改變同步電動機轉速，可無級調節抽油機沖次；
　　(3)由于使用變頻調速器，使電動機啟動電流大幅降低，功率因數大幅度提高，達0.9以上；
　　(4)由于采用變頻控制技術，使抽油系統實現了軟停、軟啟，勻速提升排液和勻速下降進液，整機工作平穩，運行沖擊載荷減小；
　　(5)由于抽油機—抽油桿—抽油泵能動態協調，增產、節能明顯；
　　(6)具有過載、過電流、過電壓、瞬時失速等多種較強的保護功能。
1.3　數控抽油機的運動規律
　　數控抽油機懸點運動規律如圖2所示，由4個部分組成：A為“S”形加速過程，B為勻速提升排液過程，C為逆“S”形負加速過程，D為勻速下降進液過程，數控抽油機的運動規律像一架先進的高速電梯一樣，能在高速運行條件下工作得非常平穩，從而保證了數控抽油機良好的機械受力情況，抽油泵充滿度高且耗電少。

2　變頻控制技術在智能抽油機上應用
　　智能抽油機是應用變頻調速技術、過程控制技術、電力電子技術和單片機等高新技術改造現有的游梁抽油機，使其智能化。智能抽油機是對游梁抽油機進行技術改造，以全數控主式拖動電動機，以識別泵充滿程度自動調節抽汲參數。
2.1　智能抽油機的工作原理
　　智能抽油機由變頻調速器、可編程控制器、單片機、位置傳感器、異步電動機、游梁式抽油機等組成，控制原理如圖3所示。智能抽油機的變頻控制部分主要由變頻調速器、可編程控制器和單片機組成，單片機在線檢測、采集、計算電動機瞬時功率和一個沖次的平均功率，單片機輸出控制信號給可編程控制器，可編程控制器對接受到控制信號經內部程序處理輸出控制信號給變頻調速器，變頻調速器接受可編程控制器的控制信號并根據內部指令編程來決定其輸出電源的頻率和電壓，變頻調速器輸出的電源控制異步電動機的轉速，電動機通過減速器和4連桿機構帶動抽油桿往復運動。

2.2　智能抽油機的性能指標
　　智能抽油機在保留傳統的游梁抽油機諸多優點的基礎上，具有許多游梁抽油機不具有的優點：
　　(1)通過調節變頻調速器輸出電源的頻率，從而改變異步電動機轉速，可無級調節抽油機沖次；
　　(2)通過上、下死點位置傳感器控制變頻調速器上、下沖程輸出不同頻率的電源，從而使電動機上、下沖程轉速不同，可無級調節抽油機上下沖程速比；
　　(3)由于使用變頻調速器，使抽油系統實現了軟啟動，電動機啟動電流大幅降低，功率因數大幅度提高，達0.9以上；
　　(4)由于抽油機—抽油桿—抽油泵能動態協調，增產、節能明顯；
　　(5)具有過載、過電流、過電壓、瞬時失速等多種較強的保護功能。
2.3　智能抽油機的運動規律
　　由于驅動抽油機的電動機一個沖程周期中上沖程和下沖程的電動機轉速不同，使抽油機驢頭懸點速度曲線為幅值不等的兩個半正弦曲線。圖4是新疆油田某采油廠5139井的智能抽油機驢頭懸點速度—時間曲線，機型是5型常規游梁機，上沖程電源頻率為45Hz(上沖程沖次為5.94min－1，下沖程電源頻率為30Hz(下沖程沖次為4.37min－1)，上下沖程速比為1.36，LL代表智能抽油機懸點速度的精確解，NH代表智能抽油機實測數據擬合數值解。

3　數控抽油機和智能抽油機的比較
　　數控抽油機是徹底拋棄現場大量使用的游梁抽油機，對游梁抽油機無任何繼承，從變頻控制系統、傳動系統的機械結構等方面重新設計、制造，代表了變頻控制技術在抽油生產設備上應用的一個方向；智能抽油機是在保留現場大量使用的游梁抽油機，繼承了游梁抽油機諸多優點的基礎上，應用變頻控制技術控制游梁抽油機，代表了變頻控制技術在抽油生產設備上應用的另一個方向。數控抽油機和智能抽油機的性能特點對比如表1所示。
表1　數控抽油機和智能抽油機性能特點對比表
機型
性能特點
數控抽油機智能抽油機
沖　次無級調節無級調節
沖　程無級調節不能調節
上下沖程速比不能調節無級調節
機械結構塔形支架游梁抽油機支架
減速器行星擺線針輪減速器雙圓弧齒輪減速器
傳動系統鏈條傳動四連桿機構傳動
驅動的電動機同步電動機異步電動機
平衡分式配重平衡曲柄平衡或游梁平衡
運動規律見圖2見圖4
控制方式手動手動或自控
投資成本8型機大約18萬元8型機大約4萬元

4　影響變頻控制技術推廣的因素
　　變頻控制技術在抽油機上應用，對抽油生產設備來說是一個很大進步，它從根本上改變了抽油機的運動特性和動力特性，使抽油機—抽油桿—抽油泵達到動態協調，使有桿抽油系統和油井供液系統達到動態協調。但自90年代初期至今，變頻控制在抽油生產設備上并未獲得較大規模推廣，影響的因素較多，主要有以下幾方面：
　　(1)作為變頻控制技術的主要設備變頻調速器、可編程控制器價格較貴，從而使整機價格高于游梁抽油機，使數控抽油機和智能抽油機同游梁抽油機競爭在價格上失去優勢；
　　(2)由于油井環境一般比較惡劣，變頻調速器、可編程控制器等電子設備相比之下顯得比較“嬌貴”，容易出現故障，影響油田使用的積極性；
　　(3)變頻控制技術在抽油生產中應用目前還是一項新技術，還有許多方面需要完善，還有許多問題需要研究，油田使用者應對新事物、新技術給予支持和幫助，不應把它同已有一百多年歷史的游梁抽油機同樣看待，認識上的問題成為抽油機變頻控制技術在抽油生產中推廣的一大障礙；
　　(4)油田管理體制、管理水平、技術人員和工人的文化素質成為影響變頻控制技術在抽油生產中推廣的最主要障礙之一。
5　抽油機變頻控制技術展望
　　變頻控制技術已廣泛應用在國內外各大油田原油集輸系統、供水系統、石油鉆機等方面，但變頻控制技術應用于抽油生產中還很有限，我國自90年代以來在這一領域一直處于世界各國前列。因此，應通過加大科研開發和應用力度，提高油田管理水平，提高油田技術人員和工人的文化素質，使變頻控制技術廣泛應用在我國各大油田抽油生產中，使我國在抽油機變頻控制技術方面繼續保持世界領先地位。