智能直线电机采油系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种智能直线电机采油系统，包括位于地下的直线电机，通过直线电机与柱塞泵连接，所述的直线电机还与控制部分连接。因采用了圆筒形同步直线电机、柱塞式抽油泵及地面高性能的变频控制部分，实现了机电一体，免去了繁琐的减速装置。由于采用了变频控制系统，具有自动升压稳压功能，可避免对电网产生谐波污染，设备可实现远程控制，调整运行参数。当井下油液不足时，可自动降低冲次，从而实现泵腔充满程度高，系统节能达50%以上。另外，在运输，安装和维护方面比较方便快捷，而且占地面积可节省约85%，还免去了抽油杆机构，大大延长了泵检周期，可提高连续工作时间。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及属于采油设备，具体说是一种智能直线电机采油系统。可替代传统的采油设备。
技术介绍
目前国内应用比较广泛的采油设备主要有油梁式抽油机(磕头机)和离心式潜油泵。传统抽油机普遍存在的缺点是耗能大，效率低。以油梁式抽油机为例，它地面设备重量高达几十吨，体积庞大，需要很大的占地面积，而井内除泵以外还有为数不少的抽油杆，耗费大量的钢材。另外，设备运行可靠性差，特别是抽油杆运行中，非常容易发生偏帮、偏磨现象，因此不仅增加了设备维修费用，同时也影响正常开采量。离心式潜油泵，虽然不像油梁式抽油机那样笨重，但对油井的现场条件和原油的物理状态要求较高。如对井斜度，原油粘度，含沙量和泵口气液比等指标都在理想的状态下，才能正常运行。通常只适用于大排量、高水分的油井，故适用范围较窄。
技术实现思路
鉴于上述现状，本技术提供了一种智能直线电机采油系统，可降低能耗及采油成本，尤其适合用于井况较差的低产油井。更重要的是可替代传统的采油设备。本技术的技术解决方案是通过以下技术措施来实现的。一种智能直线电机采油系统，包括位于 地下的直线电机，通过直线电机与抽油泵连接，所述的直线电机还与变频控制部分连接。本新型中，所涉及的抽油泵，该抽油泵有一泵壳，其内设有定位套，该定位套一端连接单向阀，另一端通过泵筒与泵壳一端的连接套连接，泵壳另一端接有输油管接头，所述的连接套还与一个带有电机接头的滤油管固定连接，在所述泵筒内安装有推杆，该推杆一端连接有柱塞，推杆另一端连接有动子接头。本新型中，所涉及的直线电机，该直线电机，包括机壳，其内通过安装的定子端板间隔成多个定子绕组，在所述多个定子绕组中间穿入一个动子铁心，该动子铁心与各定子端板之间的滑动轴承安装连接，所述的动子铁心一端与抽油泵的电机接头连接，动子铁心另一端连接一个轴伸。本新型中，所涉及的变频控制系统，包括:依次连接的主接触器、预充电电阻、三相电抗器、可控整流器、逆变器，该逆变器和直线电机连接，在所述预充电电阻的两端并联有辅接触器，及可控整流器与逆变器之间设有电解电容，通过主接触器与三相交流电源连接；和具有电网电压检测、输入电流检测、直流母线电压检测、直流电流检测的输出端均与控制系统中的采样模块相连，控制系统的整流触发脉冲和逆变触发脉冲均通过光纤或双绞线分别与所对应的全控型功率器件的控制端连接；和由可控整流器和逆变器组成统一协调的控制系统，整个控制系统根据直线电机负载的运行特性具有间歇性运行规律，可控整流器利用逆变器侧的功率前馈提高直流母线电压的控制性能，同时可控整流器利用逆变器侧电机的运行规律，实现可控整流器和逆变器停止运行期间不消耗电能的间歇性运行。本新型中，用于驱动直线电机的功率电路中的可控整流器和逆变器在拓扑结构上完全相同，形成“背靠背”的拓扑结构；可控整流器和逆变器中均采用全控型可关断功率器件，功率器件为绝缘栅极晶体管IGBT，每个绝缘栅极晶体管IGBT自带续流二极管，在可控整流器中，第一个功率器件SI与第二个功率器件S4之间为电源A相输入端，第三个功率器件S3与第四个功率器件S6之间为电源B相输入端，第五个功率器件S5与第六个功率器件S2之间为电源C相输入端，在逆变器中，第一个功率器件Gl与第二个功率器件G4之间为逆变器U相输出端，第三个功率器件G3与第四个功率器件G6之间为逆变器V相输出端，第五个功率器件G5与第六个功率器件G2之间为逆变器W相输出端。本新型中，用于驱动直线电机的电压电流检测装置包括:电网电压检测放在主接触器的二次侧或一次侧，输入电流检测串联在电抗器的输入线路中，直流母线电压检测并联在电解电容两端，直流电流检测串联在可控整流器的正极输出线路中。本新型的控制方法，可控整流器和逆变器组成统一协调的控制系统，根据电机的运行特性具有间歇性运行规律，该控制系统中包括可控整流器的直流母线电压控制环节，有功电流和无功电流控制环节，功率前馈环节，可控整流器和逆变器的联合控制环节，给定间歇运行规律环节。本新型的直流母线电压控制环节将母线电压给定值与反馈值做差送入PI调节器Gl (s)，调节器输出有功电流给定值，加上功率前馈环节的计算值得到整流器的最终有功电流给定值，然后将整流器实际输入电流的有功分量和无功分量分别与有功电流给定值和无功电流给定值进行比较，其差值分别送入PI调节器G2 (s)得到整流器的参考电压给定值，再利用网侧电压前馈得到最终的调制波电压给定值，最后将其送入PWM脉冲发生器控制整流器按指令可靠运行；根据直线电机负载的特殊工作特性，提前设定好电机的不同间歇运行规律和给定运行频率，逆变 器控制算法根据这些设定值生成控制指令，然后PWM脉冲发生器根据控制指令产生需要的触发脉冲，驱动逆变器侧的功率开关器件动作，控制直线电机的周期往复动作。本新型中，可控整流器和逆变器的联合运行控制包括，可控整流器利用逆变侧的功率前馈提高直流母线电压的控制性能，可控整流器的PWM脉冲发生环节受逆变器的间歇运行规律控制，同时可控整流器的有功电流给定值其中一部分是由逆变器的功率前馈得至IJ。当可控整流器和逆变器停止运行期间不消耗电能，因此本新型变频器系统更加节能。总之，本新型具有的积极效果是:因采用了圆筒形同步直线电机、柱塞式抽油泵及地面高性能的变频控制部分，实现了机电一体，免去了繁琐的减速装置，故在工作时，大幅降低了无功损耗，同时也节省了大量设备的维修时间和费用；本新型还具有体积小、重量轻，与游梁式抽油机相比，相差几十分之一。因此在运输，安装和维护方面比较方便快捷。而且占地面积可节省约85%;另外，也免去了抽油杆机构，大大延长了泵检周期，可提高连续工作时间；此外，由于采用了变频控制系统，具有自动升压稳压功能，可避免对电网产生谐波污染，设备可实现远程控制，调整运行参数。当井下油液不足时，可自动降低冲次，从而实现泵腔充满程度高，系统节能达50%以上。附图说明图1是本新型的系统示意图；图2是图1直线电机示意图；图3是图1柱塞泵示意图；图4是图1的控制部分电路原理图；图5是图4的系统控制原理图；图6是图5的运行规律图。具体实施方式下面将结合附图实施例，对本新型作进一步说明。见图1所示的智能直线电机采油系统，包括直线电机2，该直线电机2 —端安装一个扶正器I，直线电机2另一端连接有柱塞泵3，通过柱塞泵3与输油管5与井口油管8连接。本实施例的直线电机2、柱塞泵3和输油管5均安装在井下的井管4内，直线电机2的电缆7引出后与地面上的控制部分6连接，通过控制部分6与电源连接。见图2给出了直线电机的结构。本实施例的直线电机2，包括机壳14，其内通过安装的定子端板11间隔成多个定子绕组12，在所述多个定子绕组12中间穿入一个动子铁心13，该动子铁心13与各定子端板11之间的滑动轴承10安装连接，该滑动轴承10安装在机壳14内的轴承座9上，所述的动子铁心13 —端与抽油泵的电机接头17连接，动子铁心13另一端连接一个轴伸16。·上述中，动子铁心13是由高性能的永磁材料制成环形铁芯。当外部电源接通，通过变频控制系统实现可变的频率和方向，使定子定子绕组12产生周期交变的行波磁场相互作用，形成动子铁心13的直线往复运动。见图3给出了柱塞泵3的结构。本实施例的柱塞泵3包括泵壳26，该泵壳26内设有定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能直线电机采油系统，其特征是，包括位于地下的直线电机（2），通过直线电机（2）与柱塞泵（3）连接，所述的直线电机（2）还与控制部分（6）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，
申请(专利权)人：秦皇岛国能石油装备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：