[发明专利]井底机动泵及其控制系统

说明书

本发明涉及一种将井底的油井液体提至地表面的泵系统。尤其，本发明涉及一种用于井底的直线直流机动泵装置的控制系统以及采用该装置以产生泵活塞的往复运动的方法。

有许多不同型号和类型的用于井底的泵控制系统以及用它们控制靠电机带动的活塞泵的往复运动的方法。

和本发明有关的常规泵控制系统和普通型号的机动泵装置是用来将油井液体从井底提至地面。常规的、已知的机动泵装置通常包括一个电驱动电机，电机用一个连接杆连接到一个井底泵和井表面的一个控制系统之间。

这样的系统在许多应用中本应是成功的，但在用于勉强达到生产价值的商业生产井时证明他们不太令人满意。在这方面，由于井中产生的液体随时间而减少，以成本有效的方式调整井底机动泵装置的性能使之适应变化的井生产条件证明即使不是不可能的，也是困难的。另外，如果连接杆损坏或井底泵出故障，长连接杆和泵则必须从井中采用机械方法取出来修理，然后采用机械方法降入井中。关于这一点，在泵工作期间反复多次，活塞杆就会损坏生产管道并因此须要取出和更换。

因此，非常须要有一个新的和改进的泵控制系统    及其使用方法以将在井底的油井液体提至地面，从而基本上解决了和已有系统有关的问题。尤其，该系统不必取出和更换长活塞杆，并能消除生产管道损坏的危险。

和本发明有关的伴随常规机动泵装置的另一个问题是当一个泵出故障时的井的停机时间。在这方面，将泵从井中取出修理，非常费时间、费钱。

致力于已有技术所关心的一个尝试解决方案见美国专利4，350，478，它公开了一个井底直线机动泵装置，该装置是用一    个井下电缆下降到井液体中。虽然这样的作法试图解决低生产井的问题，但这种方法被证明是不能令人完全满意的，因为这样的装置在井底不能完全适当地支撑以有效地抽油。

关于这一点，为产生一个充分的抽吸作用，机动泵装置需要一个支轴或合适的连接件以连到周围结构上，在其上发挥其驱动力。

然而，非常需要一个机动泵装置，它能在井的生产管道内容易地升起或放下，并产生充分的抽吸作用以将井底的井液以有效的抽吸速率提至井面。

与井底机动泵装置有关的另一个问题是与在井底控制直线直流电动机有关的问题。尤其，直线直流电机的电枢必须上下往复运动，以便以有效的方式驱动泵活塞。因而，直线电机需要一系列分立的线圈，它们按顺序被驱动以产生所需的驱动力。为了合适地定序和控制定子的直线运动，电机控制信号必须和驱动电机所需的高电压脉冲一道被送至井底的。这样的高和低电压信号结合在一个长电缆中，由于信号干扰或者由于控制信号的损失（这是由于这样一个长电缆的特性阻抗所产生的），从地面上控制井底电机，如果不是不可能的话，也是困难的。

因此，非常需要一个新的改进的泵电机控制系统和使用其的方法，以低廉的成本和可靠的方式控制和调整井底直线电机的性能和泵速率。还有，这样一个电机控制应该是可调整的，以补偿由于井中流体供应减少的泵速率。

与停机时间有关的已有技术的另一个问题是需要送高水平工程技术人员到油井工地检验每个井底机动泵装置的运行情况和效率。关于这一点，已知的现有的监控器仅能监视某些变量，因而对某些故障的具体识别是完全不可能的。因此，需要昂贵的、广泛的检修服务以确定和更换出毛病的泵和电机，并且常常在一个真正出毛病的设备被确定要修理或更换以前需要反复的维修服务。这样的装置很昂贵。

已有技术还有另一个问题是与修理或更换井底机动泵装置有关的成本问题。关于这一点，因为机动泵装置是一个整体式结构，以低成本和有效的方式仅修理或更换电机即使不是不可能的，也是困难的。

因此，非常须要有一种机动泵装置，它具有整体式结构并且在出故障时有助于或者只修理或更换电机，或者只修理或更换泵。

因此，非常需要一个用于井底泵和直线直流电机的新的和改进的控制系统，它能以低成本和简单有效的方式监控机动泵装置在井底的运行情况和效率。

因而，本发明的主要目的是提供一种用于井底直线直流机动泵装置的新的改进的控制系统，和用该装置产生高效往复运动以抽吸井液的方法。

本发明的另一个目的是提供这样一种新的和改进的控制系统，用于一个井底直线直流机动泵装置，该控制系统可使电机的效率很容易地针对变化的井底条件被调整。

本发明还有另一个目的是提供一种新的改进的控制系统，用于一个井底直线直流机动泵装置，它可以低成本和简单有效的方式监测井底机动泵装置的运行和效率。