[发明专利]一种游梁式抽油机以及用于该抽油机的节能控制方法

说明书

本发明涉及煤层气开采设备技术领域，尤其涉及一种游梁式抽油机以及用于该抽油机的节能控制方法。该抽油机的电机连接有变频控制机构和间抽控制机构，该抽油机的游梁上安装有变矩平衡机构，变频控制机构用于在电机正常运转时，利用正弦脉宽调制方式对电机的转速进行变频调节；间抽控制机构用于确定间抽预设值，并在抽油泵的效率不超过间抽预设值时，驱动电机切换至间抽运转模式；变矩平衡机构用于分别在电机正常运转或处于间抽运转模式时改变游梁的平衡扭矩，以使游梁处于动态平衡。此外，基于上述的游梁式抽油机提出了用于抽油机的节能控制方法。该抽油机和节能控制方法能够解决现有技术中的游梁式抽油机存在的系统效率低、能耗大的问题。

技术领域

本发明涉及煤层气开采设备技术领域，尤其涉及一种游梁式抽油机以及用于该抽油机的节能控制方法。

背景技术

目前，我国煤层气开采设备中有杆式抽水设备占90％以上，且以游梁式抽油机为主。游梁式抽油机的主要优点有结构简单、操作方便、工作持久、可靠性高、工况适应性好，且制造容易等。游梁式抽油机使用的动力机械绝大部分是电动机，所以抽油机的用电量的增加，也是煤层气开采的成本增项之一。随着煤层气井中地层水的不断排出，抽油机的系统效率不断下降，从而加大了对电能的损耗。

我国煤层气的发展，特别是西南区龙潭组煤系多具有低渗透、弱含水的特点，同时煤层气井经过开采一定时间后，液面会下降，造成泵充满度不足，使机械开采即抽油机的效率下降，同时会出现井下供液不足的供排失衡的现象，使得抽油泵不同程度地存在充满度不足或空抽，因此抽油机的工作效率受人关注。游梁式抽油机的系统效率低，能耗大已成为影响有杆抽油系统节能增产的关键问题。

现有的游梁式抽油机抽油系统是由电动机、减速器、曲柄、连杆、游梁、驴头及抽油杆柱、以及抽油泵组成。但是其系统效率低、能耗大的主要原因是异步电动机的运行效率较低。

一方面，游梁式抽油机一般在上、下死点处启动，则电动机需要较大的启动转矩才能完成带载直接起动，通常情况下起动转矩是满载转矩的150％左右，为了满足游梁式抽油机的启动要求，就必须选用额定功率较大的电动机。游梁式抽油机的负载特性要求工程技术人员有意识地选择大功率或者大容量的电动机，使其具有一定的过载能力，去承受抽油机的冲击性的交变载荷，同时能够稳定运行。然而，游梁式抽油机在正常运行时，其电动机的平均功率并不大，这就造成了“大马拉小车”。目前我国游梁式抽油机的电动机平均负载率为20％～30％，部分电动机负载率更低。

另一方面，煤层气井的工况随着开采时间的延续一般会发生变化，但游梁式抽油机采油不能及时调整抽汲参数响应其变化。在任何一个周期时，游梁式抽油机的运行都有上冲程和下冲程，但是在上冲程和下冲程过程中负载是不平衡的。游梁式抽油机采用游梁平衡或曲柄平衡或复合平衡来调节和改善这种上下冲程中的不平衡，但是井下工况不断变化，如液面下降、供液不足、泵筒漏失、气体影响等，都会使抽油机的平衡状态发生变化，极易发生不平衡现象。而且游梁式抽油机的平衡调节多为机械调整，容易受到现场条件的很多限制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中的游梁式抽油机存在的系统效率低、能耗大的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种游梁式抽油机，该抽油机包括：

可摇摆的游梁，一端与电机连接，另一端通过柱塞与抽油泵连接，所述柱塞竖直安装在煤层井内，在所述电机的驱动下，所述游梁通过摇摆带动所述柱塞的抽油杆在煤层井内竖直往复运动，以将所述抽油泵内的液体泵出；

变频控制机构，与所述电机连接，用于在所述电机正常运转时，利用正弦脉宽调制方式对所述电机的转速进行变频调节；

间抽控制机构，与所述电机连接，用于确定间抽预设值，并在所述抽油泵的效率不超过所述间抽预设值时，驱动所述电机切换至间抽运转模式；