一種具有變頻控制裝置的智能間歇性抽油機的製作方法

2023-05-26 02:19:41 1

專利名稱：一種具有變頻控制裝置的智能間歇性抽油機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種油田上使用的抽油機，具體的說，是涉及一種具有變頻控制 裝置的抽油機。
背景技術：
本裝置的研發主要是針對大慶油田作出。目前由於油田開發已經逐漸接近中、後 期，為了保證完成年產4000萬噸原油的生產任務，各個邊遠採油區塊的開發力度正迅速加 大。由於邊遠區塊都是低產能油區，產液量都不夠最小型的抽油機M小時連續抽取，因此， 在這些採油區段開始逐漸實行抽油機間歇運行的方式。但是由此也產生了一個問題首 先，在間歇運行時，油井產出液面情況不同，以常規抽油機進行開採，抽油杆柱塞的下探深 度難以準確把握，導致能量損耗較大；其次，間歇運行時，鋼絲繩易發生纏繞，會對電機和井 口造成一定的衝擊，減少抽油機的使用壽命。
發明內容為了解決背景技術中所提到的技術問題，本實用新型提供一種具有變頻控制裝置 的智能間歇性抽油機，該種智能間歇性抽油機能夠實時檢測油井產出液面的深度以控制抽 油杆柱塞的下放深度，並且還能夠保證抽油機的滾筒在纏繞時具有恆定的線速度從而避免 了鋼絲繩的纏繞，具有節能、高效以及提高抽油機的使用壽命等特點。本實用新型的技術方案是該種具有變頻控制裝置的智能間歇性抽油機，包括滾 筒、電動機、絞盤、鋼絲繩以及抽油杆柱塞等常規抽油機構件，其獨特之處在於所述智能間 歇性抽油機還包括一臺智能控制箱，所述智能控制箱內包含帶有模/數轉換器的可編程序 控制器、抽油機用變頻器、IGBT觸發控制電路以及內置SIM卡的GSM模塊，所述可編程序控 制器向抽油機用變頻器輸出控制信號並接收來自於該抽油機用變頻器的反饋電流信號，所 述IGBT觸發控制電路接收來自於所述可編程序控制器的觸發控制信號並向所述抽油機用 變頻器中的IGBT電路輸出觸發信號，所述抽油機用變頻器的三相交流電源輸出端連接至 所述電動機的動力電源輸入端；在所述鋼絲繩上固定有張力傳感器，在所述抽油杆柱塞的 底部固定有深度傳感器，由所述張力傳感器和深度傳感器引出的信號分別輸入所述可編程 序控制器的張力信號輸入端和深度信號輸入端；所述GSM模塊與所述可編程序控制器的數 字通訊信號輸入/輸出端之間進行雙向數據傳輸。在上述方案基礎上可以選擇所述張力傳感器為電阻應變片壓力傳感器，採用金屬 絲應變電阻；所述深度傳感器採用液位傳感器，採用陶瓷電容壓力敏感元件。本實用新型具有如下有益效果該種具有變頻控制裝置的智能間歇性抽油機可以 通過固定於鋼絲繩上的張力傳感器檢測鋼絲繩負荷的變化，進而判斷液面，並將深度傳感 器所檢測到的抽油機柱塞當前距離定為井下液面深度，向PLC輸出上述張力信號和深度信 號後，在PLC內置程序的控制下，控制系統根據用戶設置的遇液下行距離，在不超出用戶設 定的下行停車距離前提下，控制變頻器輸出動力電源，使得抽油機柱塞繼續下行至指定深
3度，電機停止，剎車制動，抽油機柱塞停留在該位置，幾分鐘後，制動器鬆開，電機正轉，抽油 機柱塞在鋼絲繩的帶動下上行抽油。由於本種智能間歇性抽油機的抽油間歇時間和下行深 度都是根據每次測得液面情況動態變化的，從而提高抽油效率。同時在液面少的情況下，可 以停機待油麵上升後，再進行工作，達到節能的目的。此外，在抽油機用變頻器的變頻作用 下，抽油機滾筒的線速度能夠保持不變，保證了抽油機柱塞的提升與下放速度均勻，從而解 決了滾筒的鋼絲繩纏繞問題，避免了工作時會對電機和井口造成衝擊，確保了生產的安全 可靠性，提高了抽油機的使用壽命。

圖1是本實用新型的組成示意圖。圖2是本實用新型中智能控制箱的構成原理圖。圖中1-滾筒，2-電動機，3-智能控制箱，4-絞盤，5-張力傳感器，6-鋼絲繩，7-抽 油機柱塞，8-深度傳感器。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明由圖1所示，該種具有變頻控制裝置的智能間歇性抽油機，包括滾筒1、電動機2、 絞盤3、鋼絲繩6以及抽油杆柱塞7等常規抽油機結構，其獨特之處在於所述智能間歇性 抽油機還包括一臺智能控制箱3。所述智能控制箱的組成原理圖如圖2所示，其內包含帶有 模/數轉換器的可編程序控制器、抽油機用變頻器、IGBT觸發控制電路以及內置SIM卡的 GSM模塊。所述可編程序控制器向抽油機用變頻器輸出控制信號並接收來自於該抽油機用 變頻器的反饋電流信號，所述IGBT觸發控制電路接收來自於所述可編程序控制器的觸發 控制信號並向所述抽油機用變頻器中的IGBT電路輸出觸發信號，所述抽油機用變頻器的 三相交流電源輸出端連接至所述電動機2的動力電源輸入端；在所述鋼絲繩6上固定有張 力傳感器5，在所述抽油杆柱塞7的底部固定有深度傳感器8，由所述張力傳感器5和深度 傳感器8引出的信號分別輸入所述可編程序控制器的張力信號輸入端和深度信號輸入端； 所述GSM模塊與所述可編程序控制器的數字通訊信號輸入/輸出端之間進行雙向數據傳 輸。在本方案中，張力傳感器可以使用電阻應變片壓力傳感器。該種傳感器的工作原 理為吸附在基體材料上的應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變 效應。以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發生變化，其 電阻值即會發生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻 值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要 測出加在電阻兩端的電壓變化，即可獲得應變金屬絲的應變情況，進而獲得所受到的拉力 情況。所謂深度傳感器可以採用液位傳感器，液位傳感器是一種測量液位的壓力傳感器，是 基於所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，通過隔離型擴散矽敏感元件或陶瓷電容 壓力敏感元件，將靜壓轉換為電信號，再經過溫度補償和線性修正，轉化成標準電信號具體實施時，所述可編程序控制器可以選用西門子S7_2^XM型，所述GSM模塊可 以選用西門子TC35I型。
4[0014]本種抽油機在具體使用時，由於在鋼絲繩提升過程中，滾筒卷取鋼絲繩張力必須 保持恆定，才能保證滾筒卷取的鋼絲繩平整，不致於有的地方受力大，有的地方受力小，這 樣就必須使其滾筒的線速度保持恆定。而負載阻轉矩IY=Fr，隨著提升過程中卷取半徑r將 越來越大，而線速度不變，那麼在提升的過程中，電機的轉速是越來越小的，下放鋼絲繩與 提升過程相反的。本種抽油機中的變頻器由可控矽輸出脈寬與佔空比可調的脈衝，來控制 電機的轉速與電流，從而滿足該間歇性抽油機工況的要求。此外，在該抽油機中，由於在所述GSM模塊中內嵌SIM卡，因此可以實現在可編程 序控制器的控制下發送簡訊或接收控制簡訊的功能。在油田操作人員要對採油設備正常作 業時，例如進行取油樣、維修檢修等工作時，則可以先通過手機向該裝置發送一條開始工作 或停止運行的指令，系統收到信息後就會提前採取動作，當操作人員完成工作再向控制系 統發送一條恢復指令，系統就會重新啟動正常程序。發送簡訊操作和普通簡訊操作一樣，短 信發給該SIM對應的手機號就可以。其中操作人員的手機號在系統組態時已經存入系統的 電話號碼本裡，只有電話號碼本內的號碼發送簡訊才會生效。
權利要求1.一種具有變頻控制裝置的智能間歇性抽油機，包括滾筒(1)、電動機(2)、絞盤(3)、 鋼絲繩(6)以及抽油杆柱塞(7)，其特徵在於所述智能間歇性抽油機還包括一臺智能控 制箱(3)，所述智能控制箱內包含帶有模/數轉換器的可編程序控制器、抽油機用變頻器、 IGBT觸發控制電路以及內置SIM卡的GSM模塊，所述可編程序控制器向抽油機用變頻器輸 出控制信號並接收來自於該抽油機用變頻器的反饋電流信號，所述IGBT觸發控制電路接 收來自於所述可編程序控制器的觸發控制信號並向所述抽油機用變頻器中的IGBT電路輸 出觸發信號，所述抽油機用變頻器的三相交流電源輸出端連接至所述電動機(2)的動力電 源輸入端；在所述鋼絲繩(6)上固定有張力傳感器(5)，在所述抽油杆柱塞(7)的底部固定 有深度傳感器(8)，由所述張力傳感器(5)和深度傳感器(8)引出的信號分別輸入所述可編 程序控制器的張力信號輸入端和深度信號輸入端；所述GSM模塊與所述可編程序控制器的 數字通訊信號輸入/輸出端之間進行雙向數據傳輸。
2.根據權利要求1中所述的一種具有變頻控制裝置的智能間歇性抽油機，其特徵在 於所述可編程序控制器為西門子S7-2^5XM型，所述GSM模塊為西門子TC35I型。
3.根據權利要求1或2中所述的一種具有變頻控制裝置的智能間歇性抽油機，其特徵 在於所述張力傳感器(5)為電阻應變片壓力傳感器，採用金屬絲應變電阻；所述深度傳感 器(8 )採用液位傳感器，採用陶瓷電容壓力敏感元件。
專利摘要一種具有變頻控制裝置的智能間歇性抽油機。主要解決現有技術中存在的常規抽油機在間歇抽油的工作方式下能量損耗大、鋼絲繩易發生纏繞等問題。其特徵在於所述抽油機還包括一臺智能控制箱，箱內包含帶有模/數轉換器的可編程序控制器、抽油機用變頻器、IGBT觸發控制電路以及內置SIM卡的GSM模塊，可編程序控制器向抽油機用變頻器輸出控制信號並接收來自於該抽油機用變頻器的反饋電流信號，IGBT觸發控制電路接收來自於可編程序控制器的觸發控制信號並向抽油機用變頻器中的IGBT電路輸出觸發信號；在鋼絲繩上固定有張力傳感器，在抽油杆柱塞的底部固定有深度傳感器。具有節能、高效以及提高抽油機的使用壽命等特點。
文檔編號E21B47/04GK201857940SQ20102055068
公開日2011年6月8日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者張博, 張松, 王念興, 金光明, 雷志強 申請人:大慶石油管理局