用于具有旋转或者往复式质量块的设备的改进的节能方法技术

公开了用于在预定时间段期间关断到抽油机电机的电压以节约能量的系统和方法。在该方法中，可以在几个泵送冲程上对电机对闭环控制的响应进行评价。可以识别关断电机可行时的泵冲程的时间段。可以对多个冲程上的测量的一致性进行评价。当每个泵送冲程示出了与在闭环控制处理期间预测的行为充分类似的行为时，可以在后续泵冲程上在预定时间段期间关断电机。系统可以在预定时间段之后返回到闭环控制处理，以针对系统中的任意变化进行调整。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用来操作抽油机的电机和具有旋转或者往复式质量块的其它设备。2.对相关技术的描述抽油机是用于在油井中安装的向下打眼的往复式活塞泵的地面上驱动设备。当没有足够的井底压力使液体本身流到表面时,抽油机机械地使液体升出井。抽油机经常由接收来自公用电网的电力的电机供电。抽油机将电机的旋转机制转换为垂直往复运动，来驱动井下泵。存在许多不同设计的抽油机，包括、但不限于传统型、勒夫金Mark IKLufkinMark II)型、梁平衡型、空气平衡型、斜孔型和传统的便携型。可以从包括德克萨斯州的Lufkin Industries, Inc. of Lufkin 以及堪萨斯州的Cook Pump Company of Coffeyville等许多不同的供应商获得抽油机。抽油机电机通常使齿轮系统或者传动装置的一组滑轮旋转，这继而驱动一对曲柄或者曲柄臂。对于一般的传统型抽油机设计，曲柄使在承重支柱或者A型支架上枢轴转动的杆或梁(作为“行走梁”已知)的一端升高或者降低。作为“马头”已知的曲面金属盒在行走梁的另一端，曲柄臂从该端处与梁连接。配重或者往复运动质量块一般附着到曲柄的一端。连杆臂通常跨在配重和行走梁的与马头相对的一端之间。线缆将马头连接到垂直抛光棒，垂直抛光棒被连接到运行到井下泵的垂直管材或者抽油棒串。配重协助电机抬升抽油棒串或者管材串。当电机向上抬升配重时，马头向下运动，从而推动抽油棒或者管材串向下。在配重到达其旋转的顶端时，其在周围摆动，并且使用配重的冲量和质量(动能)协助电机使行走梁沿相反方向旋转。当配重从其最高位置向下自由降落时，马头向上移动，向上抬升抽油棒串。美国专利第4，051，736号提出了用于使油井泵往复运动的改进的抽油机。虽然存在不同的井下泵设计，但是井下泵传统地包括在位于产油管的端部处或者附近的泵筒内往复运动的柱塞或者活塞。一般来说，两个独立阀完成泵送动作。可以在活塞下面的泵筒中固定常设止回阀，并且活塞可以包括行进止回阀。在行进阀保持关闭时，活塞的上行冲程使常设阀打开，并且将液体吸入泵筒中。在常设阀保持关闭时，活塞的下行冲程使行进阀打开，并且强迫液体从泵筒中向上。美国专利第3，578，886,4, 173，451和6，904，973号提出了井下泵。电机可以进入操作的发电模式是公知的。对于在抽油机中使用的电机，依据配重与管材或者棒串之间的平衡状况，发电模式可能在配重旋转期间的任何时刻出现。依据在每个冲程中由棒串抬升的液体的量和构成，平衡状况可能从泵送冲程到冲程波动。在发电模式中，抛光棒和附着的抽油棒或者管材串可能向上或向下移动。油井所有者必须基于抽油机电机消耗的电力量支付他的电费账单。消耗的能量的量由能量计来测量。过去，消耗的电力的量由模拟量电计来测量。现在使用许多数字量电计。不管是模拟、还是数字设计的能量计可以被配置为允许或者禁止将所发的、提供回电网的电量计入客户的账户的权利掌握在公用电力公司手中。抽油机系统是产生任何发电所需的消耗的电量的量显著超过所发的电量的低效率的发电机。因此，不管公用电力公司是否将所发的电量计入账户，避免发电对于客户来说总是有利的。在发电时间段期间，电机将尝试达到超过公用设施的线电压的电压，由此使电流沿相反的方向流动。由公用电网提供的负载作为制动器，来限制否则将会出现的电机的加速。电机的该制动动作防止抽油机的下落重量产生可能会协助泵送动作的附加动能。该转换后的动能可以用作来自公用电网的电能的替代物。过去，工程师试图通过在抽油机周期的一部分周期(其可能包括发电时间段)期间关断抽油机电机来节约大量能量，但未成功。这通过使用各种机械开关和继电器来尝试。然而，井下泵和油井的参数随着时间改变，因此这些机械解决方案没有奏效。在油井充满时，油井中的液体流可能改变，并且然后“泵空(pumps off)”。在一些情况下，泵送的液体的容量可能从一个冲程到下一个冲程发生变化。泵送的诸如气、油、水和泥浆的物质和/或液体的发生变化的容量、密度、黏度、重量和其它属性可能大大改变棒串和液体柱的组合重量，由此影响系统的平衡和对电机的要求。在一些油井中，管材串的长度可能有几千英尺。不同的液体随着时间涌入油井将显著冲击电机的操作。通过引入微处理器，通过观测电流和电压来关断电机成为可能。然而，问题在于知道何时再次接通电机。过去尝试了各种开环固定时间延迟，但是由于井下泵和油井的参数随着时间改变，这些尝试都失败了。在适当的时刻再次接通电机失败，可能导致能量节约减少和/或其它不希望的影响。当AC感应电机的负载很轻时，降低提供的电压将使电机更高效地工作，由此节约能量。这在单相电机的情况下特别明显，而在三相电机的情况下不太明显。大的三相电机通常自然在大于电机的额定负载的近似三分之一的任意负载时是高效的。 对电机施加的电压和其产生的电流之间的相位角的变化与电机吸取的功率成反比关系。高相位角指示轻负载电机，低相位角指示重负载电机。大多数抽油机使用小至5马力(HP)的三相电机，但是特有的抽油机使用大于20HP的三相电机。这些电机可以经受周期性改变的负载，周期一般在从5秒到12秒的范围内。在一般的泵送冲程期间，电机经历一次或两次重负载和一次或两次轻负载。依据抽油机的几何结构和平衡，下落重量(配重或者棒串)可能强迫电机超过其同步转速，由此使其作为发电机。在这种时间期间，相位角超过90度。美国专利第6，489，742号提出了一种电机控制器，其包括对具有数字信号处理器的感应电机的电力输送，数字信号处理器通过控制元件对电源和主电压向所存在的电机负载的电流供给进行计算并使其最优化。公开第U. S. 2010/0117588号提出了一种用于在AC感应电机中在每个负载节约能量的电机控制器和方法，其中，在两个或更多个负载点对电机进行校准以建立控制线，然后将控制线编程到电机控制器的非易失性存储器中。公开第U. S. 2009/0046490号提出了一种基于IGBT/FET的节能设备、系统和方法，其中，对标称线电压以下和/或标称电器电压以下的预定量的电压进行节约。公开第U. S. 2009/0051344号提出了一种基于TRIAC/SCR的节能设备、系统和方法，其中，对标称线电压以下和/或标称电器电压以下的预定量的电压进行节约。公开第U. S. 2009/0200981号提出了一种用于在AC电力应用中提供恒定负载的系统和方法，其中，确定对于调制正弦波的至少半个周期的至少一个接通点，确定对于调制正弦波的至少半个周期的至少一个关断点，并且去除位于该至少一个接通点和该至少一个关断点之间的至少一个片段。公开第U. S. 2010/0033155号提出了一种用于IGBT/FET驱动器的电源，其对每个IGBT/FET驱动器提供单独的隔离电力。比例-积分-微分(PID)控制是广泛使用的应用于控制算法和反馈机制的技术。如通常所称呼的PID控制器基于“误差”来计算值。一般来说，作为所测量的处理变量和所希望的设置点或者目标值之间的差来计算“误差”。PID控制器尝试通过调整过程控制变量来使误差最小。实质上，PID控制器是具有比例、积分和微分参数的数字滤波器。比例值确定对电流误差的反应，积分值确定基于最近的误差的和的反应，而微分值确定基于误差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.01 US 12/873,510;2010.12.14 US 12/967,1281.一种用于与井一起布置的、具有配重的抽油机的节能方法，包括如下步骤: 将闭环电机控制器连接到与所述抽油机连接的电机，其中，所述电机控制器具有开关设备； 向所述电机提供线电压和电流； 通过所述电机使抽油机配重在多个泵送周期内旋转； 通过所述电机控制器，观测向所述电机提供的电压和电流之间的相位角； 将观测到的相位角与阈值相位角进行比较； 在达到所述阈值相位角时，使用所述开关设备的点火角来对供电电压进行调整，以使所述观测到的相位角保持在不大于目标相位角的值； 当所述点火角下降到阈值点火角以下时，对所述电机恢复完全供电电压； 识别在所述泵送周期期间调整了所述供电电压的时间段； 比较所述时间段，以建立用于切断所述供电电压的预定关断时间段； 在比较步骤之后，在所述预定关断时间段期间，切断对所述电机的所述供电电压；以及 在其它时间段期间接通所述供电电压，其中，所述其它时间段是预定接通时间段。2.根据权利要求1所述的方法，还包括如下步骤: 紧接在所述预定接通时间段开始之后，观察接通相位角。3.根据权利要求2所述的方法，还包括如下步骤: 将所述接通相位角与理想相位角进行比较。4.根据权利要求3所述的方法，还包括如下步骤: 如果所述接通相位角大于所述理想相位角，则增加所述预定关断时间段，而如果所述接通相位角小于所述理想相位角，则减少所述预定关断时间段。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述阈值相位角是70度，所述目标相位角是60度，所述阈值点火角是90度，以及所述理想相位角是75度。6.根据权利要求4所述的方法，还包括如下步骤: 在切断和接通步骤之后，重复提供、调整、恢复和比较步骤。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在预定时期执行重复步骤。8.根据权利要求1所述的方法，其中，当存在所述电机的负载的增加时，恢复步骤发生。9.根据权利要求1所述的方法，其中，调整步骤仍然允许足够的电流，以观测相位角。10.根据权利要求1所述的方法，还包括如下步骤: 判断在所述泵送周期期间所识别的时间段是否是重复的，以建立所述预定关断时间段。11.根据权利要求10所述的方法，其中，当在所述泵送周期的时间段中不存在大于200毫秒的变化时，所述时间段是重复的。12.根据权利要求10所述的方法，其中，当在所述时间段中不存在大于150毫秒的变化时，所述时间段是重复的。13.根据权利要求1所述的方法，还包括如下步骤: 在所述泵送周期期间，在所述井中沿基本垂直的方向移动与所述抽油机连接的管材串；其中，所述切断步骤使得与在不存在切断步骤的情况下所述管材串移动相比，所述管材串更快地移动；以及 其中，所述切断步骤使得与在不存在所述切断步骤的情况下所述抽油机配重旋转相t匕，所述抽油机配重更快地旋转。14.一种用于与井一起布置的、具有配重...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦桑·文卡塔拉曼，
申请(专利权)人：智能动力股份有限公司，
类型：
国别省市：