智能變參數採油節能控制器的製作方法
2023-12-10 14:23:17
本實用新型屬於採油設備領域，具體說是一種智能變參數採油節能控制器。
背景技術：
在石油開採過程中，為了保證抽油機的啟動要求和在運行時有足夠的過載能力，通常電動機的裝機功率較大，其抽油衝次(單位時間內抽油次數)較高，而電動機正常工作時均以輕載運行，因此造成抽油機與電動機的荷載匹配不合理，加之油井逐漸老化，供液能力不斷下降，抽油衝次不變，抽油機輕載工作中存在著不同程度的「泵空」和「幹抽」情況，這種「大馬拉小車」的現象不僅造成了抽油機功率因數的降低，抽油無效行程增加，浪費大量電能，而且使抽油設備損耗加大，維護費用增加。
中國專利CN200620079003.X公開一種智能採油控制器，包括設置在油井內的傳感器，傳感器的輸出端與放大濾波電路的輸入端相連接，放大濾波電路的輸出端與模數轉換電路的輸入端相連接，模數轉換電路的輸出端與中央控制器的輸入端相連接，中央控制器的輸出端通過繼電器與抽油機相連接。本實用新型通過智能控制器自動測知油井的實際工作參數，當抽油機處於相對輕載即半撈或空撈時停止工作，只有當油井內液體的蓄積量能夠滿足再次連續滿抽的條件時，才啟動運行，這樣既保證抽油機有較高的充滿度，減少低效和無效空抽，同時也使抽油機由固定不變的機械運行變為快速動態響應的智能運行，徹底解決油田空抽、低效率、做無用功等問題，達到降低抽油機的機械磨損與節約能源的目的。其存在的不足是該控制器屬於間歇性抽油，等液面達到一定量以後再抽，液面不足的時候就停止等待。這樣的間抽問題很大，主要是停時間長了會造成卡泵，卡了以後很難處理，需要加熱等技術來降低原油的粘稠度才能繼續抽油。達不到液面量會停止運行，屬於間斷供電。斷續供電技術是一種電動機間斷供電方法。其控制原理就是在不同時段根據系統是需要切斷或控制電動機通電，使電動機不需要輸出的時候停止供電，從而實現節能。缺點：由於斷續電控制方式使電動機處於不停處於啟停掉運行狀態，電流衝擊對電動機存在傷害，同時抽油機系統的機械衝擊也比較大，抽油機井管理難度大，存在一定安全隱患，停機時易造成卡泵後冬季凝管線。
中國專利申請CN201210298110.1公開了一種抽油機智能控制系統。其技術方案是：包括變頻器、可編程控制器及人機界面，其中可編程控制器分別連接變頻器、載荷傳感器和接近開關。本實用新型能夠根據抽油機載荷的變化，實現實時監測運行參數，電參數等，抽油機在光杆下行受阻時自動調節下行衝次，達到速度自動保護的功能，還能夠根據油井載荷變化無級自適應調速，並顯示油井的示功圖和電流圖。其存在的不足是檢測光杆的阻力和次數只能檢測抽油機工作狀態，不能改變抽油機工作參數，實現自動保護的功能。
中國專利CN201320598645.0公開了一種遊梁式抽油機多參數回饋動態控制裝置。本實用新型主要針對遊梁式抽油機啟動困難、能耗高、載荷衝擊大等問題而研製的，它主要由控制器1、變頻器2、斷路器3、互感器4、接觸器I5、接觸器II6、接線端子7、速度傳感器8、載荷傳感器9、位移傳感器10、電參測試傳感器11組成。本實用新型具有降低驅動裝置與傳動裝置裝機功率，提升整個系統運行效率，提高系統安全性等優點。其存在的不足是通過載荷傳感器9和位移傳感器10採集抽油機工作狀態，不能改變抽油機工作參數，實現保護的功能。
技術實現要素：
根據以上現有技術中的不足，本實用新型的目的在於提供一種全面監測抽油機工作參數，適應性強的智能變參數採油節能控制器。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：智能變參數採油節能控制器，包括採油機的電動機，電動機的供電線路設置IGBT和空氣開關連接動力供電線路，其特徵在於：電動機和IGBT模塊之間的供電線路上設置電流傳感器、電壓傳感器、功率檢測器，電動機設置轉速檢測器，電流傳感器、電壓傳感器、功率檢測器和轉速檢測器分別通過A/D轉換器連接處理器，把電動機的工作參數轉換成電壓信號，經過A/D轉換器進行模數轉換，進入處理器系統進行數據處理、存儲和顯示；
IGBT模塊和空氣開關之間的供電線路設置相序檢測器，相序檢測器連接處理器；
處理器設置顯示器、程序存儲器、數據存儲器、數據恢復器和通訊接口；
處理器的輸出端通過D/A轉換器連接IGBT模塊的控制端；
處理器通過D/A轉換器輸出0～10V電壓控制IGBT模塊的移相觸發相位，控制電動機的軟啟動、軟停機和調整電動機的供電電壓，通過周期性改變電動機控制抽油機抽汲速率，實現不停機周期性採油。
所述的處理器的數據端通過A/D轉換器連接旋啟靶流量計，旋啟靶流量計設置在油井出油管上。
所述的旋啟靶流量計分別設置在井口出油管和井內出油管中部。
所述的處理器的數據端通過A/D轉換器連接光杆位移傳感器和光杆載荷傳感器。
所述的周期性改變電動機控制抽油機抽汲速率是指根據電動機的工作參數，調整不同工況下一個周期內抽汲次數。
所述的周期性改變電動機控制抽油機抽汲速率是指根據供電高峰期，調整不同供電時間段的固定周期內抽汲次數。
所述的通訊接口採用數據載波接口。數據載波接口連接通訊線纜。或者數據載波接口連接直流供電系統，利用直流供電系統的線纜進行信號傳輸。
本實用新型智能變參數採油節能控制器所具有的有益效果是：通過周期性改變抽油機抽汲速率，實現不停機周期性採油。即60分鐘為一個周期一天24個循環周期，在一個周期內依據油井的實際日產液量設定30分鐘階梯式(衝數逐漸下降)變參數高效排液期和30分鐘變參數低速恢復期；30分鐘變參數高效排液期24個循環周期內的累計泵理論排量確保實現泵效達到50％以上；30分鐘變參數低速恢復期24個循環周期內的累計泵理論排量遠低於油井地層的實際供量確保油井液面得到充分恢復；實現力油井動液面、產量的基本穩定、不發生凍井、卡井等問題，在機械採油井大幅度節能降耗的同時實現了安全高效生產。
附圖說明
圖1本實用新型的原理方框圖；
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型的實施例做進一步描述：
實施例1：
如圖1所示，智能變參數採油節能控制器，包括採油機的電動機，電動機的供電線路設置IGBT和空氣開關連接動力供電線路，電動機和IGBT模塊之間的供電線路上設置電流傳感器、電壓傳感器、功率檢測器，電動機設置轉速檢測器，電流傳感器、電壓傳感器、功率檢測器和轉速檢測器分別通過A/D轉換器連接處理器，把電動機的工作參數轉換成電壓信號，經過A/D轉換器進行模數轉換，進入處理器系統進行數據處理、存儲和顯示；
IGBT模塊和空氣開關之間的供電線路設置相序檢測器，相序檢測器連接處理器；
處理器設置顯示器、程序存儲器、數據存儲器、數據恢復器和通訊接口；
處理器的輸出端通過D/A轉換器連接IGBT模塊的控制端；
處理器通過D/A轉換器輸出0～10V電壓控制IGBT模塊的移相觸發相位，控制電動機的軟啟動、軟停機和調整電動機的供電電壓，通過周期性改變電動機控制抽油機抽汲速率，實現不停機周期性採油。
通訊接口採用數據載波接口。
周期性改變電動機控制抽油機抽汲速率是指根據電動機的工作參數，調整不同工況下一個周期內抽汲次數。也可以是周期性改變電動機控制抽油機抽汲速率是指根據供電高峰期，調整不同供電時間段的固定周期內抽汲次數。
通過D/A轉換器輸出0～10V電壓控制IGBT模塊的移相觸發相位，實現電動機的軟啟動、軟停機和調整電動機的供電電壓，以便調整電動機輸出功率，減少電動機的鐵損和銅損，從而達到節能降耗的目的。通過三相電壓、電流和有功功率傳感器把電動機的工作參數轉換成0～5V的電壓信號，經過12位A/D轉換器MAX197進行模數轉換，進入DSP微處理器系統進行數據處理、存儲和顯示。實現電機的運轉。根據所檢測到的電動機工作電流和有功功率的變化，實時判斷電動機的載荷大小和工況。通過周期性改變抽油機抽汲速率，實現不停機周期性採油。既60分鐘為一個周期一天24個循環周期，在一個周期內依據油井的實際日產液量設定30分鐘階梯式(衝數逐漸下降)變參數高效排液期和30分鐘變參數低速恢復期；30分鐘變參數高效排液期24個循環周期內的累計泵理論排量確保實現泵效達到50％以上；30分鐘變參數低速恢復期24個循環周期內的累計泵理論排量遠低於油井地層的實際供量確保油井液面得到充分恢復。
實施例2：
在實施例1的基礎上，處理器的數據端通過A/D轉換器連接旋啟靶流量計，旋啟靶流量計設置在油井出油管上。根據需要旋啟靶流量計分別設置在井口出油管和井內出油管中部。
旋啟靶流量計作為井口液體量變化監測裝置，該裝置將電信號發送給控制裝置的邏輯分析判斷單元，邏輯分析判斷單元通過對接受的電信號的邏輯分析，判斷油井是否處於正常運行狀態，並將判斷結果傳送給執行控制單元，實現抽油機不停機變工作參數連續周期性採油,其節能原理通過控制器基於油井的實際產液量把以往供液不足被動的間抽方式轉變為周期性變工作參數的連續高效運行，通過優化泵徑、衝程、衝數、變衝數生產時間四參數與能耗關係，並依據油井實際日產液量確定抽油機不同抽汲速率合理運行周期，在保證產量穩定的前提下，實現機械採油井大幅度節能降耗。
實施例3：
在實施例2的基礎上，處理器的數據端通過A/D轉換器連接光杆位移傳感器和光杆載荷傳感器。
具體實驗證明能夠實現：
主要技術性能指標：
周期性變參數連續運行控制；
適用於6型-12型使用各種型號電機的(電機11KW-55KW)遊梁式抽油機，(稀土永磁電機、高轉差雙速電機、Y系列電機等)
適應電壓380伏、660伏；
抽油機單井能耗計量(電子式三相四線有功電能表),精度等級0.5級，倍率10倍；
抽油井運行電流監測(電流表)，精度等級0.5級
記錄累計生產運行時間(h)；
智能運行和油井測試、生產作業排液模式轉化及復位；
油井變參數運行周期智能化系統優化運行軟體。
節電率35％-50％，提高泵效到50％以上。
電機低速運轉風冷系統、控制和保護。
過載、缺相、斷路保護和復位
檢測數據：
變頻風扇24H耗能6-8度
理論耗能47+8＝55度
節能率(140-55)/140＝60％。