一種井下直線電機雙作用往復抽油泵採油裝置的控制方法與流程
2023-12-09 15:39:56 2
本發明涉及油田採油領域，具體地說是一種井下直線電機雙作用往復抽油泵採油裝置的控制方法。
背景技術：
井下直線電機往復抽油泵採油系統主要包括直線電機、雙作用往復抽油泵、控制系統三部分。由於該採油設備工作在油井深處，其所處環境條件惡劣，無法安裝位置傳感器等檢測裝置，因此其運動控制一般採用開環控制的方法。而採用開環控制的方法，難以對井下設備進行檢測，因此直線電機的運行容易出現運行不穩定、活動部件（電機動子和抽油泵柱塞）與固定部件發生碰撞等現象，運行不穩定導致的振動衝擊會損壞井下設備，對系統的使用耐久性不利。
技術實現要素：
本發明的目的就是為了克服現有技術中的不足，提供一種井下直線電機雙作用往復抽油泵採油裝置的控制方法，在無法安裝傳感器等檢測裝置的情況下，結合直線電機雙作用往復抽油泵的工作特點與結構特點，通過運動控制的手段降低系統的工作應力，提高運動穩定性從而降低故障概率，提高其使用壽命。
本發明的目的是通過如下技術措施實現。
一種井下直線電機雙作用往復抽油泵採油裝置的控制方法，井下直線電機雙作用往復抽油泵採油裝置包括地面控制櫃、直線電機和雙作用往復抽油泵，該方法包括以下步驟：
（1）設備啟動，初始化；
（2）通過向下、向上尋蹤碰撞判斷活動部件的最大行程L0，控制活動部件向下運行，直到發生碰撞，記錄當前位置，為初始零點；控制活動部件停止t0時間；控制活動部件向上運行，直到發生碰撞，記錄活動部件運動位移，即最大行程L0（通過電機輸入頻率/運行速度計算位移）；
（3）設定活動部件的實際運行行程為L，L<L0，即活動部件在最大行程L0內部運行，在行程的上、下端點留出一定的行程裕量ΔS；
（4）控制活動部件向下運行L+ΔS，若首次向下運行發生碰撞，則判斷雙作用往復抽油泵固定單向閥洩漏嚴重，停機報警；若未發生碰撞，則進入步驟（5）；
（5）控制活動部件停止t1時間後向上運行L，若未發生碰撞，則進入步驟（6）；若發生碰撞，則記錄連續碰撞次數N上，進入步驟（7）；
（6）控制活動部件停止t1時間後向下運行L；若未發生碰撞，則返回步驟（5），若發生碰撞，則記錄連續碰撞次數N下，進入步驟（8）；
（7）若N上<N0，返回步驟（4）；若N上≥N0，則進行上行異常判斷處理；
（8）若N下<N0，控制活動部件向上運行L+ΔS，進入步驟（6）；若N上≥N0，則進行下行異常判斷處理。
在上述技術方案中，t0、N0是根據電機試驗情況直接設置，t0一般設置在0.5~2秒之間，N0一般設置在5~20次之間；停止時間t1根據油井產液量調整，已知直線電機雙作用往復抽油泵上下運行一次採油量為Q0，上下運動時間為2T（T一般設置為2~5秒），上下一周期停止時間為2t1，則t1=Q0/2Q-T。
在上述技術方案中，判斷活動部件是否發生碰撞的具體方法是：利用電流傳感器檢測地面控制櫃的輸出電流，當直線電機的動子與固定部件發生碰撞時，電機的輸入電流將發生畸變，將實時監測的電流周期與控制程序設定的指令周期相對比，如果電機的輸入電流發生畸變，則判斷活動部件發生碰撞。
在上述技術方案中，步驟（7）中的上行異常原因可能是井下油液抽空，步驟（7）中的上行異常判斷處理包括A、停機報警，提醒工作人員手動減小裝置運行頻率（增大停止時間t1）；B、地面控制櫃自動減少運行頻率；C、停機等待液面恢復至正常液位再重啟。
在上述技術方案中，步驟（8）中的下行異常原因可能是雙作用往復抽油泵固定單向閥洩漏嚴重，步驟（8）中的下行異常判斷處理包括：停機報警。
在上述技術方案中，該控制方法中的井下直線電機雙作用往復抽油泵採油裝置包括地面控制櫃、直線電機、雙作用往復抽油泵，所述直線電機外殼通過轉接頭與雙作用往復抽油泵下端相連，直線電機的內部動子與雙作用往復抽油泵的抽油泵柱塞相連，直線電機與雙作用往復抽油泵組合安裝後，由普通平式油管下到設計泵深，所述地面控制櫃內設有變頻模塊，外部電源經升壓變壓器後接入變頻模塊，變頻模塊的輸出端通過潛油水密電纜與直線電機相連，所述地面控制櫃內設有用於測試控制櫃的輸出電壓和輸出電流的電壓傳感器和電流傳感器。
本發明方法利用雙作用往復抽油泵依靠油液可以自鎖的特點，結合採油裝置間歇式的工作性質，可使井下採油裝置的活動部件在運行過程中不與固定部件發生碰撞；利用碰撞引起的直線電機輸入電流畸變現象，可通過控制程序判斷井下採油設備的運行狀態並採取相應的保護措施。本發明方法與現有技術相比，具有如下優點：
1、採用雙作用往復抽油泵，可降低井下設備活動部件發生碰撞的頻次，提高系統的使用壽命。
2、利用直線電機動子碰撞時電流畸變的特點，可在無位置傳感器的條件下有效判斷電機的運行狀態，自動調整電機運行位置，減少系統碰撞。
附圖說明
圖1為本發明控制方法的流程圖。
圖2為本發明控制方法中採油裝置的整體結構示意圖。
圖3為本發明控制方法中採油裝置的直線電機與雙作用往復抽油泵的連接示意圖。
其中，1、地面控制櫃；2、潛油水密電纜；3、井口；4、平式油管；5、雙作用往復抽油泵；6、進油篩管；7、轉接頭；8、直線電機；9、抽油泵柱塞；10、動子延長杆；11、直線電機內部動子。
具體實施方式
本發明控制方法的工作原理如下：
直線電機雙作用往復抽油泵的工作模式為間歇式工作，雙作用往復抽油泵的柱塞在非運動狀態時可自鎖。井下採油裝置在工作時，通過控制設定活動部件的工作行程L小於其最大行程L0，在行程的上下端點附近留出一定的行程裕量ΔS，即L0=L+2ΔS，可以保證活動部件始終在最大行程內部運行，因此可保證其不與固定部件發生碰撞。
直線電機的動子與固定部件發生碰撞時，電機的輸入電流將發生畸變，電流的周期幅值等特徵將與控制程序設定的輸出不同。根據這一特點，利用電流傳感器檢測地面控制櫃的輸出電流，即電機的輸入電流，將實時監測的電流周期與控制程序設定的指令周期相對比，從而判斷電機的運行狀態，實現重啟、報警等功能。
電流畸變判斷方法：電機的輸入電流在碰撞時發生畸變，檢測其周期變化。
下面結合附圖對本發明的技術方案做具體描述。
如圖1所示，本發明實施例提供一種井下直線電機雙作用往復抽油泵採油裝置的控制方法，井下直線電機雙作用往復抽油泵採油裝置包括地面控制櫃、直線電機和雙作用往復抽油泵，該方法包括以下步驟：
（1）設備啟動，初始化；
（2）通過向下、向上尋蹤碰撞判斷活動部件的最大行程L0。控制活動部件向下運行，直到發生碰撞，記錄當前位置，為初始零點；控制活動部件停止t0時間；控制活動部件向上運行，直到發生碰撞，記錄活動部件運動位移，即最大行程L0（通過電機輸入頻率/運行速度計算位移）；
（3）設定活動部件的實際運行行程為L，L<L0，即活動部件在最大行程L0內部運行，在行程的上、下端點留出一定的行程裕量ΔS；
（4）控制活動部件向下運行L+ΔS，若首次向下運行發生碰撞，則判斷雙作用往復抽油泵固定單向閥洩漏嚴重，停機報警；若未發生碰撞，則進入步驟（5）；
（5）控制活動部件停止t1時間後向上運行L，若未發生碰撞，則進入步驟（6）；若發生碰撞，則記錄連續碰撞次數N上，進入步驟（7）；
（6）控制活動部件停止t1時間後向下運行L；若未發生碰撞，則返回步驟（5），若發生碰撞，則記錄連續碰撞次數N下，進入步驟（8）；
（7）若N上<N0，返回步驟（4）；若N上≥N0，則進行上行異常判斷處理；
（8）若N下<N0，控制活動部件向上運行L+ΔS，進入步驟（6）；若N上≥N0，則進行下行異常判斷處理。
在上述實施例中，t0、N0是根據電機試驗情況直接設置，t0一般設置在0.5~2秒之間，N0一般設置在5~20次之間；停止時間t1根據油井產液量Q調整，已知直線電機雙作用往復抽油泵上下運行一次採油量為Q0，上下運動時間為2T（T一般設置為2~5秒），上下一周期停止時間為2t1，則t1=Q0/2Q-T；
在上述實施例中，判斷活動部件是否發生碰撞的具體方法是：利用電流傳感器檢測地面控制櫃的輸出電流，當直線電機的動子與固定部件發生碰撞時，電機的輸入電流將發生畸變，將實時監測的電流周期與控制程序設定的指令周期相對比，如果電機的輸入電流發生畸變，則判斷活動部件發生碰撞。
在上述實施例中，步驟（7）中的上行異常原因可能是井下油液抽空，步驟（7）中的上行異常判斷處理包括A、停機報警，提醒工作人員手動減小裝置運行頻率（增大停止時間t1）；B、地面控制櫃自動減少運行頻率；C、停機等待液面恢復至正常液位再重啟。
在上述實施例中，步驟（8）中的下行異常原因可能是雙作用往復抽油泵固定單向閥洩漏嚴重，步驟（8）中的下行異常判斷處理包括：停機報警。
如圖2、3所示，上述控制方法中井下直線電機雙作用往復抽油泵採油裝置，包括地面控制櫃1、直線電機8、雙作用往復抽油泵5，所述直線電機8外殼通過轉接頭7與雙作用往復抽油泵5下端的進油篩管6相連，直線電機內部動子11通過動子延長杆10與雙作用往復抽油泵5的抽油泵柱塞9相連，直線電機8與雙作用往復抽油泵5組合安裝後，由普通平式油管4下到設計泵深，井下油液由直線電機8帶動雙作用往復抽油泵5往復運動，油液由進油篩管6進入，經過油管4到達井口3。所述地面控制櫃1通過潛油水密電纜2與直線電機8相連。所述地面控制櫃1內設有變頻模塊，地面控制櫃1輸入為三相交流電，外部電源經升壓變壓器後接入變頻模塊，變頻模塊的輸出端通過潛油水密電纜2與直線電機8相連，通過控制變頻模塊調節輸出電壓的頻率和大小，則可實現採油裝置衝次與運行模式的調節。所述地面控制櫃1內設有用於測試控制櫃的輸出電壓和輸出電流的電壓傳感器和電流傳感器，利用電壓、電流傳感器可以監控控制櫃的輸出電壓和輸出電流，利用直線電機動子碰撞時電流畸變的特點，可在無位置傳感器的條件下有效判斷電機的運行狀態，自動調整電機運行位置，減少系統碰撞。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。