[發明專利]抽油機的泵抽空控制方法和抽油機控制裝置

有效

• 申請號: 200610170758.5
• 申請日: 2006-12-22
• 公開（公告）號: CN101169114A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 鶴田起美;山本陽一;河本浩司;河野哲雄
• 申請（專利權）人: 株式會社安川電機
• 主分類號: F04B49/00
• 分類號: F04B49/00
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 武玉琴;張友文

技術領域

本發明涉及抽油機(pumpjack)驅動的梁式泵的泵抽空(pumpoff)控制方法和抽油機控制裝置。

背景技術

在梁式泵油井(Beam?pumped?wells)中，泵抽空控制的傳感器從液面、壓力檢測器(Downhole?fluid?level?or?pre-ssure?indicators)、流量傳感器(Flow?and?no-flow?sensors)、振動傳感器(Vibration?sensors)、以及馬達電流傳感器(Motor?current?sensors)發展為最近的能夠進行泵桿負荷的解析、記錄等的現代的示功圖法(Dynagraph?card?methods)。

但是，對于應用這些現有方式的傳感器的方法，因精度上的問題基本上沒有進行實用。而示功圖法即使滿足精度，但需要檢測抽油桿負載的傳感器、及其檢測信號處理裝置等，因此具有復雜·高價的缺點。

此外，泵抽空控制的不使用各種傳感器的方法提出了檢測抽油機的泵抽空且檢測出以后使抽油機的速度降低至泵抽空消除的狀態的控制方法。(例如，參照專利文獻1)

圖6中，1是抽油機驅動用感應電動機，2是與感應電動機1直接連接并檢測感應電動機1速度的速度檢測器，3是具有電流內環的矢量控制變換器，4a是泵抽空控制裝置。

矢量控制變換器3具有直線指令器31、速度調節器32、電流調節器33、PWM控制器34、變流器35和矢量運算器36。直線指令器31具有在內部設定的加速度的限制下將泵抽空控制裝置4a輸出的速度基準Np變換為感應電動機1的速度基準Ns的作用。將速度基準Ns與由速度檢測器2檢測出的實際速度Ni相比較，其偏差由速度調節器32放大并輸出二次電流指令I2q。

電動機電流由變流器35檢測出，由矢量運算器36僅檢測出其二次電流成分I2，并與二次電流指令I2q進行比較。此外，其偏差由電流調節器33放大，由PWM控制器34調節電壓的脈沖寬度以供給驅動負荷所需的二次電流給感應電動機1。如此矢量控制變換器3自動調節電動機速度以使實際速度Ni與速度基準Np相等。

泵抽空控制裝置4a的泵抽空控制以例如圖7所示的框圖來進行。圖7中，泵抽空控制裝置4a具有運算器41、二次電流基準發生器42、比較器43、輸出繼電器44、順序控制器45a、速度指令函數發生器46、抽油機的主速度設定器47、速度指令切換器48及速度指令器49。運算器41具有運算及存儲對應抽油機的每個下沖程時間的二次電流的瞬時值的平均值(或者有效值)的功能，并對應于感應電動機1的實際速度Ni檢測出I2AV(或者I2RMS)。二次電流基準發生器42設定泵抽空沒有發生的正常運轉中的二次電流的平均值基準I2AV*(或者有效值基準I2RMS*)，并對應抽油機的實際速度Ni來調節其設定值。

實際檢測出的二次電流的瞬時值的平均值I2AV(或者有效值I2RMS)由比較器43與設定值I2AV*(或者I2RMS*)進行比較，如果I2AV＞I2AV*(或者I2RMS＞I2RMS*)則檢測出泵抽空發生，相反如果I2AV≤I2AV*(或者I2RMS≤I2RMS*)則檢測出泵抽空解除。

順序控制器45a具有集中控制泵抽空順序的功能及對應泵抽空的發生和解除發出用于抽油機速度減速·提速的速度指令的功能，并自動判斷出運轉中的抽油機速度段，以此控制速度指令函數發生器46使其僅低1段速度、僅高1段速度。

主速度設定器47對應當時的油井狀況以例如Nps＝100％的速度、Nps＝80％的速度來設定最高速度。

因此，以此設定速度的運轉中檢測出泵抽空后，由速度指令函數發生器46僅對速度進行1段強制減速。因此，抽油機速度為將ΔNpn設定為ΔNp1并使Np等于Nps-ΔNp1，等待泵抽空條件的消除。繼續檢測出泵抽空后，例如以ΔNp2等于2×ΔNp1來僅再進行1段減速。

但是，Nps-Npn≤0時抽油機停止。此時，速度指令切換器48切換至速度指令器49側。

速度指令器49生成用于檢驗泵抽空條件有無的低速指令。此切換完成后，因泵抽空而停止的抽油機經一定時間后強行再啟動，進行低速運轉，在低速運轉中檢驗泵抽空條件的有無。

此低速運轉中檢測出泵抽空解除時，速度指令切換器48切換至主速度設定Nps側。由此，抽油機以Nps-ΔNpn＝Np的速度被再次控制，依次確認泵抽空條件的解除，并自動進行升速，復原為設定的初始速度Nps。