[發明專利]一種油田用遠程電氣控制系統及控制方法

在審

• 申請號: 201910061527.8
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN111478643A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 尹文波;曲剛;李延偉;楊立明;王建業;范寅聰;高楊;郭艷;姜偉;王治娟
• 申請（專利權）人: 中石化石油工程技術服務有限公司;中石化勝利石油工程有限公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
• 主分類號: H02P27/04
• 分類號: H02P27/04
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 侯華頌;李勇

1.一種油田用遠程電氣控制系統，主要由井場電源(1)、地面控制單元(2)、電能輸送通道(3)和井下電動工具(4)組成；其特征在于：所述井下電動工具(4)為交流變頻電機驅動；所述地面控制單元(2)的輸入端接井場電源(1)，電能輸送通道(3)的一端連接地面控制單元(2)的輸出端，另一端連接井下電動工具(4)的輸入端；所述地面控制單元(2)由主回路和控制回路兩部分組成，主回路主要由進線斷路器(6)、變頻器(7)、正弦波濾波器(8)、升壓變壓器(9)和真空接觸器(10)組成；控制回路主要由可編程控制器、測量儀表、人機交互模塊(17)組成。

2.根據權利要求1所述的油田用遠程電氣控制系統，其特征在于：可編程控制器包括485通訊模塊(11)、CPU(12)、數字量輸出模塊(13)和模擬量輸出模塊(14)；測量儀表包括電流儀表(15)和電壓儀表(16)。

3.根據權利要求2所述的油田用遠程電氣控制系統，其特征在于：所述485通訊模塊(11)通過RS485通訊端與電流儀表(15)和電壓儀表(16)建立連接；CPU(12)通過以太網與人機交互模塊(17)建立連接；數字量輸出模塊(13)與變頻器(7)和真空接觸器(10)建立連接并通過數字輸出控制變頻器(7)和真空接觸器(10)的運行和停止；模擬量輸出模塊(14)與變頻器(7)連接并通過模擬量輸出控制變頻器的輸出電壓和頻率。

4.一種基于權利要求3所述的油田用遠程控制系統的控制方法，其特征在于采用如下的工藝步驟：

a.油氣田作業現場，將井場電源(1)、地面控制單元(2)、電能輸送通道(3)和井下電動工具(4)，按照順序依次連接好；

b.借助于專用作業設備將電能傳輸通道(3)和井下電動工具(4)放置于井筒(5)內指定深度位置；

c.閉合地面控制單元(2)的進線斷路器(6)，地面控制單元(2)接通井場電源(1)，并完成初始化；然后通過人機交互模塊(17)設置系統初始參數，包括電能輸送通道(3)傳輸導體的長度L、單位長度傳輸導體的電阻值Ω，以及井下電動工具(4)的交流變頻電機的額定電流I₀和額定電壓U₀；

d.根據初始參數，計算地面控制單元(2)的輸出電壓U₁，U₁＝(L×Ω)×I₀+U₀；根據井下電動工具(4)的額定頻率f₀，設定地面控制單元(2)的輸出頻率f₁，f₁＝f₀；然后通過人機交互模塊(17)設置地面控制單元(2)的輸出電壓U₁和頻率f₁；

e.啟動地面控制單元(2)，數字量輸出模塊(13)輸出啟動指令，控制變頻器(7)啟動，模擬量輸出模塊(14)調整變頻器的輸出電壓和頻率，正弦波濾波器(8)將變頻器輸出的PWM波轉換成正弦波，電壓儀表(16)實時監測升壓變壓器(9)的輸出電壓U，輸出電壓U由485通訊模塊(11)經RS485端傳送給CPU(12)，CPU(12)判斷輸出電壓U是否符合計算輸出電壓U₁，若不符合，繼續調整變頻器(7)輸出電壓，直到電壓儀表(16)監測到升壓變壓器(9)的輸出電壓U＝U₁，輸出電壓符合，數字量輸出模塊(13)輸出指令，控制真空接觸器(10)閉合，地面控制單元(2)按計算輸出電壓U₁和頻率f₁，控制井下電動工具(4)運行；

f.井下電動工具(4)在運行過程中，由于負載的變化，會導致井下電動工具(4)的工作電流I偏離額定電流I₀；電流儀表(15)實時監測井下電動工具(4)的工作電流I，并將工作電流I由RS485通訊模塊(11)通過RS485端傳送至CPU(12)，CPU(12)根據工作電流I，計算輸出電壓U₁＝(L×Ω)×I+U₀，并通過模擬量輸出模塊(14)，實時調整變頻器(7)的電壓輸出；

g.工作結束，停止地面控制單元(2)，停止信號經CPU(12)、控制數字量輸出模塊(13)控制真空接觸器(10)斷開，井下電動工具(4)停止運行。