[发明专利]液压式抽油机的运行控制系统以及相应的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液压式抽油机的运行控制系统以及一种利用该运行控制系统控制液压式抽油机的运行的方法。

背景技术

在目前的采油过程中，不论是因为缺乏内部压力还是其他原因，如果不能从生产井自然流出原油，则必须寻求一种“人工方法”，现在最常用的就是游梁式抽油机，通常被称作“磕头机”。游梁式抽油机主要由游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、三相异步电机和辅助装备等组成。采油时，抽油杆上、下往复运动。在抽油杆上、下往复运动的一个周期中，负载是实时变化的，相应地电机负载转矩也是实时变化的，因此输入电机的电功率也是实时变化的。这使得电机的功率特性难以与负载变化相匹配，从而会使电机的综合效率比较低，功率因数比较小，电能消耗高。而且，这种游梁式抽油机体积庞大，产量低。

为此，中国专利CN202181885U公开了一种液压式抽油机，其具有二次控制液压单元、由二次控制液压单元控制进而带动抽油杆往复运动的油缸、用于设定油缸活塞杆（即，抽油杆）的冲程的传感器、与二次控制液压单元传动连接的异步电机、与异步电机传动连接的势能蓄能器（优选采用飞轮的形式）以及基于上述传感器的信号控制二次控制液压单元运动正反向的二次控制液压单元控制器。利用这种液压式抽油机，可以根据油井的特性灵活地控制冲程和速度，从而，能够充分采油，提高了产量，且由于势能蓄能器能储存势能并随后释放，因此降低了电能损耗，提高了生产效率。

由于这种周期性的能量转换，异步电机还是会承受频繁且相当大的速度变化和负载转矩变化。但异步电机所允许的工作速度和转矩受其基本设计和驱动电频率限制。现有设计的抽油机中的异步电机直接连接到电网而由50Hz的交流电直接驱动，使得难以匹配所需的速度变化和负载转矩变化。

因此，现场实验发现了以下问题：

1）电机始终被电激励和输出功率，但实际生产过程中仅在一个工作周期的某段时间内才需要激励电机使其输出功率，特别是在向下的冲程中电机由于始终被激励，输出了不必要的功率。

2）由于电机转速持续变化，而电频率恒定，电机长时间处于高功率低负载的低效率状态并产生较大无功功率。

3）工频异步电机允许的速度变化范围较小，相应的势能蓄能器所能吸收转化的势能也较小，不能满足大负载应用的要求。

4）在向下的冲程的某段时间内，电机转速超过电频率要求转速，异步电机运行在充当发电机的模式下，这时由于异步电机直接连接到电网而会对电网产生一定的冲击和污染。

在这种情况下，迫切需要一种能够高效运行、灵活控制且不会冲击电网的液压式抽油机和一种相应的控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压式抽油机的运行控制系统以及一种利用该运行控制系统控制液压式抽油机的运行的方法，以便克服上述至少一个缺点。

根据本发明的第一个方面，提供了一种液压式抽油机的运行控制系统，包括：电机，其用于为液压式抽油机提供驱动动力，且传动连接到势能蓄能器；传感器，其至少能够确定液压式抽油机的抽油杆的上下运动的极限位置和行进方向；以及运动控制器和变频驱动器，其设置在为液压式抽油机提供电能的供电装置与电机之间，以能够变频的方式驱动和控制电机的运行，并为二次控制液压单元提供控制信号，而且所述运动控制器和变频驱动器具有与传感器连接的用于接收传感器的信号的第一输入端口并至少能够根据由传感器提供的信号控制电机和二次控制液压单元的运行。

优选地，所述运动控制器和变频驱动器还具有用于接收能够反映电机的运行状态的反馈信号的第二输入端口。

优选地，所述电机是异步电机或同步电机。

根据本发明的第二个方面，提供了一种利用上述运行控制系统控制液压式抽油机的运行的方法，其中，所述运动控制器和变频驱动器至少根据由传感器提供的信号以能够变频的方式控制电机和二次控制液压单元的运行。

优选地，所述运动控制器和变频驱动器还具有用于接收能够反映电机的运行状态的反馈信号的第二输入端口，且所述运动控制器和变频驱动器根据由传感器提供的信号以及该反馈信号控制电机和二次控制液压单元的运行。

优选地，在抽油杆向上运动的冲程中，所述运动控制器和变频驱动器根据反馈的电机转速信号基于闭环电机速度控制策略以电机转速为控制目标控制电机的运行；和/或在抽油杆向下运动的冲程中，所述运动控制器和变频驱动器通过控制向电机输送的电的频率使电机转矩为0或最小化，或简单地切断向电机的电输送。