本發(fā)明涉及油田采油領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種井下直線電機(jī)雙作用往復(fù)抽油泵采油裝置的控制方法。

背景技術(shù)：

井下直線電機(jī)往復(fù)抽油泵采油系統(tǒng)主要包括直線電機(jī)、雙作用往復(fù)抽油泵、控制系統(tǒng)三部分。由于該采油設(shè)備工作在油井深處，其所處環(huán)境條件惡劣，無(wú)法安裝位置傳感器等檢測(cè)裝置，因此其運(yùn)動(dòng)控制一般采用開(kāi)環(huán)控制的方法。而采用開(kāi)環(huán)控制的方法，難以對(duì)井下設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，因此直線電機(jī)的運(yùn)行容易出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定、活動(dòng)部件（電機(jī)動(dòng)子和抽油泵柱塞）與固定部件發(fā)生碰撞等現(xiàn)象，運(yùn)行不穩(wěn)定導(dǎo)致的振動(dòng)沖擊會(huì)損壞井下設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)的使用耐久性不利。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種井下直線電機(jī)雙作用往復(fù)抽油泵采油裝置的控制方法，在無(wú)法安裝傳感器等檢測(cè)裝置的情況下，結(jié)合直線電機(jī)雙作用往復(fù)抽油泵的工作特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制的手段降低系統(tǒng)的工作應(yīng)力，提高運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性從而降低故障概率，提高其使用壽命。

本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)。

一種井下直線電機(jī)雙作用往復(fù)抽油泵采油裝置的控制方法，井下直線電機(jī)雙作用往復(fù)抽油泵采油裝置包括地面控制柜、直線電機(jī)和雙作用往復(fù)抽油泵，該方法包括以下步驟：

（1）設(shè)備啟動(dòng)，初始化；

（2）通過(guò)向下、向上尋蹤碰撞判斷活動(dòng)部件的最大行程L₀，控制活動(dòng)部件向下運(yùn)行，直到發(fā)生碰撞，記錄當(dāng)前位置，為初始零點(diǎn)；控制活動(dòng)部件停止t₀時(shí)間；控制活動(dòng)部件向上運(yùn)行，直到發(fā)生碰撞，記錄活動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)位移，即最大行程L₀（通過(guò)電機(jī)輸入頻率/運(yùn)行速度計(jì)算位移）；

（3）設(shè)定活動(dòng)部件的實(shí)際運(yùn)行行程為L(zhǎng)，L<L₀，即活動(dòng)部件在最大行程L₀內(nèi)部運(yùn)行，在行程的上、下端點(diǎn)留出一定的行程裕量ΔS；

（4）控制活動(dòng)部件向下運(yùn)行L+ΔS，若首次向下運(yùn)行發(fā)生碰撞，則判斷雙作用往復(fù)抽油泵固定單向閥泄漏嚴(yán)重，停機(jī)報(bào)警；若未發(fā)生碰撞，則進(jìn)入步驟（5）；

（5）控制活動(dòng)部件停止t₁時(shí)間后向上運(yùn)行L，若未發(fā)生碰撞，則進(jìn)入步驟（6）；若發(fā)生碰撞，則記錄連續(xù)碰撞次數(shù)N_上，進(jìn)入步驟（7）；

（6）控制活動(dòng)部件停止t₁時(shí)間后向下運(yùn)行L；若未發(fā)生碰撞，則返回步驟（5），若發(fā)生碰撞，則記錄連續(xù)碰撞次數(shù)N_下，進(jìn)入步驟（8）；

（7）若N_上<N₀，返回步驟（4）；若N_上≥N₀，則進(jìn)行上行異常判斷處理；

（8）若N_下<N₀，控制活動(dòng)部件向上運(yùn)行L+ΔS，進(jìn)入步驟（6）；若N_上≥N₀，則進(jìn)行下行異常判斷處理。

在上述技術(shù)方案中，t₀、N₀是根據(jù)電機(jī)試驗(yàn)情況直接設(shè)置，t₀一般設(shè)置在0.5~2秒之間，N₀一般設(shè)置在5~20次之間；停止時(shí)間t₁根據(jù)油井產(chǎn)液量調(diào)整，已知直線電機(jī)雙作用往復(fù)抽油泵上下運(yùn)行一次采油量為Q₀，上下運(yùn)動(dòng)時(shí)間為2T（T一般設(shè)置為2~5秒），上下一周期停止時(shí)間為2t₁，則t₁=Q₀/2Q-T。

在上述技術(shù)方案中，判斷活動(dòng)部件是否發(fā)生碰撞的具體方法是：利用電流傳感器檢測(cè)地面控制柜的輸出電流，當(dāng)直線電機(jī)的動(dòng)子與固定部件發(fā)生碰撞時(shí)，電機(jī)的輸入電流將發(fā)生畸變，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的電流周期與控制程序設(shè)定的指令周期相對(duì)比，如果電機(jī)的輸入電流發(fā)生畸變，則判斷活動(dòng)部件發(fā)生碰撞。

在上述技術(shù)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(jī)報(bào)警，提醒工作人員手動(dòng)減小裝置運(yùn)行頻率（增大停止時(shí)間t₁）；B、地面控制柜自動(dòng)減少運(yùn)行頻率；C、停機(jī)等待液面恢復(fù)至正常液位再重啟。

在上述技術(shù)方案中，步驟（8）中的下行異常原因可能是雙作用往復(fù)抽油泵固定單向閥泄漏嚴(yán)重，步驟（8）中的下行異常判斷處理包括：停機(jī)報(bào)警。

在上述技術(shù)方案中，該控制方法中的井下直線電機(jī)雙作用往復(fù)抽油泵采油裝置包括地面控制柜、直線電機(jī)、雙作用往復(fù)抽油泵，所述直線電機(jī)外殼通過(guò)轉(zhuǎn)接頭與雙作用往復(fù)抽油泵下端相連，直線電機(jī)的內(nèi)部動(dòng)子與雙作用往復(fù)抽油泵的抽油泵柱塞相連，直線電機(jī)與雙作用往復(fù)抽油泵組合安裝后，由普通平式油管下到設(shè)計(jì)泵深，所述地面控制柜內(nèi)設(shè)有變頻模塊，外部電源經(jīng)升壓變壓器后接入變頻模塊，變頻模塊的輸出端通過(guò)潛油水密電纜與直線電機(jī)相連，所述地面控制柜內(nèi)設(shè)有用于測(cè)試控制柜的輸出電壓和輸出電流的電壓傳感器和電流傳感器。

本發(fā)明方法利用雙作用往復(fù)抽油泵依靠油液可以自鎖的特點(diǎn)，結(jié)合采油裝置間歇式的工作性質(zhì)，可使井下采油裝置的活動(dòng)部件在運(yùn)行過(guò)程中不與固定部件發(fā)生碰撞；利用碰撞引起的直線電機(jī)輸入電流畸變現(xiàn)象，可通過(guò)控制程序判斷井下采油設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、采用雙作用往復(fù)抽油泵，可降低井下設(shè)備活動(dòng)部件發(fā)生碰撞的頻次，提高系統(tǒng)的使用壽命。

2、利用直線電機(jī)動(dòng)子碰撞時(shí)電流畸變的特點(diǎn)，可在無(wú)位置傳感器的條件下有效判斷電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整電機(jī)運(yùn)行位置，減少系統(tǒng)碰撞。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明控制方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明控制方法中采油裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明控制方法中采油裝置的直線電機(jī)與雙作用往復(fù)抽油泵的連接示意圖。

其中，1、地面控制柜；2、潛油水密電纜；3、井口；4、平式油管；5、雙作用往復(fù)抽油泵；6、進(jìn)油篩管；7、轉(zhuǎn)接頭；8、直線電機(jī)；9、抽油泵柱塞；10、動(dòng)子延長(zhǎng)桿；11、直線電機(jī)內(nèi)部動(dòng)子。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明控制方法的工作原理如下：

直線電機(jī)雙作用往復(fù)抽油泵的工作模式為間歇式工作，雙作用往復(fù)抽油泵的柱塞在非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)可自鎖。井下采油裝置在工作時(shí)，通過(guò)控制設(shè)定活動(dòng)部件的工作行程L小于其最大行程L₀，在行程的上下端點(diǎn)附近留出一定的行程裕量ΔS，即L₀=L+2ΔS，可以保證活動(dòng)部件始終在最大行程內(nèi)部運(yùn)行，因此可保證其不與固定部件發(fā)生碰撞。

直線電機(jī)的動(dòng)子與固定部件發(fā)生碰撞時(shí)，電機(jī)的輸入電流將發(fā)生畸變，電流的周期幅值等特征將與控制程序設(shè)定的輸出不同。根據(jù)這一特點(diǎn)，利用電流傳感器檢測(cè)地面控制柜的輸出電流，即電機(jī)的輸入電流，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的電流周期與控制程序設(shè)定的指令周期相對(duì)比，從而判斷電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)重啟、報(bào)警等功能。

電流畸變判斷方法：電機(jī)的輸入電流在碰撞時(shí)發(fā)生畸變，檢測(cè)其周期變化。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做具體描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種井下直線電機(jī)雙作用往復(fù)抽油泵采油裝置的控制方法，井下直線電機(jī)雙作用往復(fù)抽油泵采油裝置包括地面控制柜、直線電機(jī)和雙作用往復(fù)抽油泵，該方法包括以下步驟：

（1）設(shè)備啟動(dòng)，初始化；

（2）通過(guò)向下、向上尋蹤碰撞判斷活動(dòng)部件的最大行程L₀。控制活動(dòng)部件向下運(yùn)行，直到發(fā)生碰撞，記錄當(dāng)前位置，為初始零點(diǎn)；控制活動(dòng)部件停止t₀時(shí)間；控制活動(dòng)部件向上運(yùn)行，直到發(fā)生碰撞，記錄活動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)位移，即最大行程L₀（通過(guò)電機(jī)輸入頻率/運(yùn)行速度計(jì)算位移）；

（3）設(shè)定活動(dòng)部件的實(shí)際運(yùn)行行程為L(zhǎng)，L<L₀，即活動(dòng)部件在最大行程L₀內(nèi)部運(yùn)行，在行程的上、下端點(diǎn)留出一定的行程裕量ΔS；

（4）控制活動(dòng)部件向下運(yùn)行L+ΔS，若首次向下運(yùn)行發(fā)生碰撞，則判斷雙作用往復(fù)抽油泵固定單向閥泄漏嚴(yán)重，停機(jī)報(bào)警；若未發(fā)生碰撞，則進(jìn)入步驟（5）；

（5）控制活動(dòng)部件停止t₁時(shí)間后向上運(yùn)行L，若未發(fā)生碰撞，則進(jìn)入步驟（6）；若發(fā)生碰撞，則記錄連續(xù)碰撞次數(shù)N_上，進(jìn)入步驟（7）；

（6）控制活動(dòng)部件停止t₁時(shí)間后向下運(yùn)行L；若未發(fā)生碰撞，則返回步驟（5），若發(fā)生碰撞，則記錄連續(xù)碰撞次數(shù)N_下，進(jìn)入步驟（8）；

（7）若N_上<N₀，返回步驟（4）；若N_上≥N₀，則進(jìn)行上行異常判斷處理；

（8）若N_下<N₀，控制活動(dòng)部件向上運(yùn)行L+ΔS，進(jìn)入步驟（6）；若N_上≥N₀，則進(jìn)行下行異常判斷處理。

在上述實(shí)施例中，t₀、N₀是根據(jù)電機(jī)試驗(yàn)情況直接設(shè)置，t₀一般設(shè)置在0.5~2秒之間，N₀一般設(shè)置在5~20次之間；停止時(shí)間t₁根據(jù)油井產(chǎn)液量Q調(diào)整，已知直線電機(jī)雙作用往復(fù)抽油泵上下運(yùn)行一次采油量為Q₀，上下運(yùn)動(dòng)時(shí)間為2T（T一般設(shè)置為2~5秒），上下一周期停止時(shí)間為2t₁，則t₁=Q₀/2Q-T；

在上述實(shí)施例中，判斷活動(dòng)部件是否發(fā)生碰撞的具體方法是：利用電流傳感器檢測(cè)地面控制柜的輸出電流，當(dāng)直線電機(jī)的動(dòng)子與固定部件發(fā)生碰撞時(shí)，電機(jī)的輸入電流將發(fā)生畸變，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的電流周期與控制程序設(shè)定的指令周期相對(duì)比，如果電機(jī)的輸入電流發(fā)生畸變，則判斷活動(dòng)部件發(fā)生碰撞。

在上述實(shí)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(jī)報(bào)警，提醒工作人員手動(dòng)減小裝置運(yùn)行頻率（增大停止時(shí)間t₁）；B、地面控制柜自動(dòng)減少運(yùn)行頻率；C、停機(jī)等待液面恢復(fù)至正常液位再重啟。

在上述實(shí)施例中，步驟（8）中的下行異常原因可能是雙作用往復(fù)抽油泵固定單向閥泄漏嚴(yán)重，步驟（8）中的下行異常判斷處理包括：停機(jī)報(bào)警。

如圖2、3所示，上述控制方法中井下直線電機(jī)雙作用往復(fù)抽油泵采油裝置，包括地面控制柜1、直線電機(jī)8、雙作用往復(fù)抽油泵5，所述直線電機(jī)8外殼通過(guò)轉(zhuǎn)接頭7與雙作用往復(fù)抽油泵5下端的進(jìn)油篩管6相連，直線電機(jī)內(nèi)部動(dòng)子11通過(guò)動(dòng)子延長(zhǎng)桿10與雙作用往復(fù)抽油泵5的抽油泵柱塞9相連，直線電機(jī)8與雙作用往復(fù)抽油泵5組合安裝后，由普通平式油管4下到設(shè)計(jì)泵深，井下油液由直線電機(jī)8帶動(dòng)雙作用往復(fù)抽油泵5往復(fù)運(yùn)動(dòng)，油液由進(jìn)油篩管6進(jìn)入，經(jīng)過(guò)油管4到達(dá)井口3。所述地面控制柜1通過(guò)潛油水密電纜2與直線電機(jī)8相連。所述地面控制柜1內(nèi)設(shè)有變頻模塊，地面控制柜1輸入為三相交流電，外部電源經(jīng)升壓變壓器后接入變頻模塊，變頻模塊的輸出端通過(guò)潛油水密電纜2與直線電機(jī)8相連，通過(guò)控制變頻模塊調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率和大小，則可實(shí)現(xiàn)采油裝置沖次與運(yùn)行模式的調(diào)節(jié)。所述地面控制柜1內(nèi)設(shè)有用于測(cè)試控制柜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(jiān)控控制柜的輸出電壓和輸出電流，利用直線電機(jī)動(dòng)子碰撞時(shí)電流畸變的特點(diǎn)，可在無(wú)位置傳感器的條件下有效判斷電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整電機(jī)運(yùn)行位置，減少系統(tǒng)碰撞。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。