專利名稱：一種受控變工況電潛泵的制作方法
一種受控變工況電潛泵，它適用于油井的液體開采等，屬于石油開采設(shè)備。
電潛泵是油田的主要裝備之一，用于將石油和水(在石油開采中，從油井中抽出的都是油水混合物)抽送到地面。泵葉輪是多組串聯(lián)的，在油井內(nèi)，通過一級一級的葉輪把油水混合液抽提出井口。由于現(xiàn)在的電潛泵是不可變工況的，因此，電潛泵的單級流量與揚(yáng)程在液體性質(zhì)一定時，它們呈單值函數(shù)關(guān)系。在生產(chǎn)過程中，需要根據(jù)具體情況合理分配每口油井的產(chǎn)量，因而實際上流量是要加以控制和調(diào)節(jié)的。同時，由于種種原因，地面輸油管線中的回壓也經(jīng)常變化，在地面回壓變化時，也會引起揚(yáng)程流量的變化。為了滿足生產(chǎn)時對抽送流量調(diào)節(jié)與控制的需要，采用節(jié)流閥門調(diào)節(jié)其流量。通過改變節(jié)流閥門開口大小，在電潛泵出口處附加一個可調(diào)壓差，通過改變電潛泵輸出口的回壓，來控制泵的輸出流量。為了留出調(diào)節(jié)的富余量，通常都將設(shè)備的揚(yáng)程安排在額定工作揚(yáng)程的75%左右，也就是說，現(xiàn)在的電潛泵在工作時，通常都是處于節(jié)流工作狀態(tài)，因此，工作效率不高。此外，由于節(jié)流閥門多是手工調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)頻率不能高，不能對回壓的波動作出反應(yīng)。為使油井的生產(chǎn)不因回壓波動而受影響，在井口還裝有一個油嘴作為長節(jié)流小孔，以穩(wěn)定流量，這進(jìn)一步降低了抽液效率，并且也不能充分發(fā)揮電潛泵的性能。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種可控變工況電潛泵，它不使用節(jié)流來調(diào)節(jié)輸出流量和抑制地面輸油管道回壓波動對輸出流量的影響，有高的抽液效率。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如附

圖1所示。它有普通電潛泵葉輪(1)，傳動軸(2)，交流電機(jī)(3)，其特征在于在交流電機(jī)(3)輸入端接有變頻供電器(4)和變頻控制器(5)，在泵出口處裝有流量傳感器(6)。
本發(fā)明在已有的普通電潛泵葉輪(1)、傳動軸(2)和交流電機(jī)(3)的基礎(chǔ)上，在交流電機(jī)(3)的輸入端加接了一個變頻供電器(4)，通過調(diào)整變頻供電器(4)的輸出電流頻率，可以改變交流電動機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整本發(fā)明的工況。這樣，可以在揚(yáng)程、回壓不變的情況下調(diào)整電潛泵的輸出流量，也可以在流量和揚(yáng)程不變的條件下適應(yīng)回壓的變化。本發(fā)明還在泵出口處裝有流量傳感器(6)，通過流量傳感器(6)測量輸出液體的流量(或流速)參數(shù)，把測得的信號返回到變頻控制器(5)。在變頻控制器(5)中，測量數(shù)據(jù)與控制設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對變頻供電器(4)的輸出頻率進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到閉環(huán)控制的目的。
本發(fā)明使用原有電潛泵的葉輪(1)，傳動軸(2)和普通交流電機(jī)(3)，通過在電機(jī)輸入端加接一臺變頻供電器(4)對交流電機(jī)(3)的輸入頻率加以調(diào)節(jié)，可以控制、改變交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)和控制電潛泵的輸出流量，達(dá)到可控和不受輸油管網(wǎng)回壓影響的目的。由于本發(fā)明盂有使用節(jié)流閥門和節(jié)流小孔，盂有這一部分能量損失，因此在整個工作范圍內(nèi)都有較高的效率，而且使用閉環(huán)控制流量，一方面提高了控制精度，另一方面也有較高的響應(yīng)頻率。對輸油管網(wǎng)中的回壓波動有很高的自適應(yīng)性。
本發(fā)明可以在原有電潛泵的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，只要加裝變頻供電器(4)、流量傳感器(6)和變頻控制器(5)即可，列新改造容易，改造成本低廉。
在本發(fā)明中流量傳感器(6)可以是使用動、靜壓力測量元件，通過測量管路中動、靜壓之比，來間接測量流速。也可以使用轉(zhuǎn)速計測量管道中取樣渦輪轉(zhuǎn)速來間接測量管道中液體的流速，或使用多卜勒聲波測速裝置測量管道中液體流速。由于管道測量處的截面積是恒定的，液體不可壓縮，所以通過測量液體流速就能確定液體流量。上述幾種流速(流量)測量裝置都已有現(xiàn)成的，并被做成自動化儀表形式出售，不需專門設(shè)計制造。
本發(fā)明中的變頻供電器(4)也已形成現(xiàn)成產(chǎn)品，可以直接使用。變頻供電器(4)一般是使用可控硅把普通工頻交流電整流為直流，然后再使用可關(guān)斷可控礎(chǔ)進(jìn)行開關(guān)控制，形成可變周期的調(diào)寬方波，實現(xiàn)直流-交流逆變。直流-交流逆變除可以使用可關(guān)斷可控硅外，也可以使用大功率達(dá)林頓管的結(jié)構(gòu)，還可以使用如CN89209067.7專利的形式，使用多VMOS管并聯(lián)。
本發(fā)明中的變頻控制器(5)可以由硬件邏輯與模擬電路組成。變頻控制器(5)輸出可變周期的調(diào)寬方波、或者是經(jīng)微分后的可變周期脈沖來直接驅(qū)動變頻供電器(4)中的VMOS管、達(dá)林頓管或是可關(guān)斷可控硅。變周期方波產(chǎn)生的簡單方法是使用一個多諧振蕩器，使用差分放大器比較由流量傳感器(6)的輸出電壓與設(shè)定電壓(設(shè)定輸出流量所對應(yīng)的電壓值)進(jìn)行比較，把它們的差積分后直接調(diào)節(jié)多諧振蕩器的積分端負(fù)壓，從而調(diào)節(jié)振蕩周期。改變設(shè)定電壓(可以使用電位器)，就能改變本發(fā)明的輸出流量。而由于回壓變化引起流量變化時，由于流量傳感器(6)的輸出變化，引起差分放大器的不平衡，它的差放大后，改變了多諧振蕩器積分端的負(fù)壓，從而調(diào)整變頻供電器(4)的輸出頻率，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)整本發(fā)明工況，以調(diào)節(jié)輸出流量達(dá)到輸出值。本發(fā)明變頻控制器(5)的變周期方波也可以用CTC(計數(shù)器定時電路)加時鐘發(fā)生電路產(chǎn)生，流量傳感器(6)測得的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，與設(shè)定流量數(shù)值進(jìn)行比較，通過它們的差調(diào)整CTC定時器中的定時設(shè)定值，從而達(dá)到調(diào)整CTC輸出的脈沖周期，達(dá)到控制變頻的目的。控制邏輯可以用硬邏輯電路的方式，也可以采用一個單板機(jī)，使用軟件邏輯方式處理。
本發(fā)明中的流量傳感器(6)和變頻控制器(5)也可以使用機(jī)電一體化的方法，其結(jié)構(gòu)形式如附圖2所示。它由測量敏感元件(11)、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(7)、插于標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(7)中的與測量敏感元件(11)相接的測量適配模塊(8)、變頻供電器(4)的控制適配模塊(9)以及通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與之相連的、且可與其它測控部分或整個大系統(tǒng)公用的中央控制計算機(jī)(10)組成。在這種結(jié)構(gòu)中，中央控制計算機(jī)(10)為主控設(shè)備，它通過軟件對電潛泵的啟停、工況進(jìn)行統(tǒng)一控制。使用中央控制計算機(jī)(10)，可以對工況進(jìn)行優(yōu)化控制。根據(jù)工作條件選用最佳工作參數(shù)。由于測量部分成為標(biāo)準(zhǔn)化的，可以很方便地加入不同的測量單元。如只須加入電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感元件/電機(jī)溫度傳感元件、電機(jī)輸入電流敏感元件以及功率因素敏感元件，并將它們相應(yīng)的適配模塊插入標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(7)的插槽中，變完成了相應(yīng)的硬件擴(kuò)充。中央控制計算機(jī)通過不同的地址選通，就可以取到它們各自的測量值，通過軟件的方法比較計算所得測量值，然后通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(7)選通控制適配模塊(9)，改變控制適配模塊(9)的定時參數(shù)，完成變頻調(diào)節(jié)。使用這種方式，便于機(jī)電一體化的實施。通過在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(7)的插槽中插入多個適配模塊，可以檢測不同的系統(tǒng)參數(shù)，以便中央控制計算機(jī)(10)進(jìn)行工況的優(yōu)化控制。還可以在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(7)的插槽中插入更多的適配模塊和(或)增加多個標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(7)，把各個獨立的抽油電潛泵和其他一些設(shè)備納入到一個綜合的開采和管理系統(tǒng)中，使油田生產(chǎn)最優(yōu)化。
權(quán)利要求
1.一種受控變工況電潛泵，它有普通電潛泵葉輪(1)，傳動軸(2)，交流電機(jī)(3)，其特征在于在交流電機(jī)(3)輸入端接有變頻供電器(4)和變頻控制器(5)，在泵出口處裝有流量傳感器(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的變工況電潛泵，其特征在于流量傳感器(6)和變頻控制器(5)由測量敏感元件(11)、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(7)、插于標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(7)中的與測量敏感元件(11)相接的測量適配模塊(8)、變頻供電器(4)的控制適配模塊(9)以及通過標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與之相連的、且可與其它測控部分或整個大系統(tǒng)公用的中央控制計算機(jī)(10)組成。
全文摘要
一種受控變工況電潛泵，它適用于油田等鉆井的液體開采中。它有普通電潛泵葉輪(1)，傳動軸(2)，交流電機(jī)(3)，其特征在于在交流電機(jī)(3)輸入端接有變頻供電器(4)和變頻控制器(5)，在泵出口處裝有流量傳感器(6)。它不使用節(jié)流來調(diào)節(jié)輸出流量和抑制地面輸油管道回壓波動對輸出流量的影響，有高的抽液效率，并很容易調(diào)節(jié)以改變抽液工況，便于集中控制。
文檔編號F04D15/00GK1062958SQ9110000
公開日1992年7月22日 申請日期1991年1月3日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月3日
發(fā)明者石行, 尤裝 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠