CN103573219A - 一种抽油机自动变频装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抽油机自动变频装置及方法，其中，抽油机自动变频装置包括：变频器，用于控制所述电动机的转速；控制装置，用于获得所述变频器的工作状态参数；外界参数检测装置，用于检测抽油井的外界参数，并将所述外界参数传输给所述控制装置；其中，所述控制装置通过获得所述变频器的工作状态参数和所述外界参数，以实现对所述变频器的输出频率的自动控制。由于采用了控制装置实时监测变频器、油井温度参数等信息，并根据获得参数信息实时根据井况变化幅度自动计算调节变频器的频率大小，所以，有效解决了现有技术中的人工方式调剂劳动强度大、工序繁琐复杂，实时性差的不足，达到了抽油机调频的快速、及时、简单的技术效果。

Description

一种抽油机自动变频装置及方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种抽油机自动变频装置及方法。

背景技术

在稠油在开采中，主要采用蒸汽吞吐方式生产。在生产中，抽油机工作状况受井下温度，原油黏度影响较大，当温度和黏度发生变化时，如不能根据井况变化及时调整抽油机运行工况，则会造成抽油效率降低，电能浪费，甚至会导致抽油机故障停机，影响生产。

最传统的方式是人工更换皮带轮来改变冲次,这显然不能及时根据井况来调节冲次。随着近些年来，变频器技术的不断发展，在很多油井都使用了变频器来调节抽油机冲次，但是发明人在实现本实施例的过程中发现，虽然使用变频器都能很自如的调节抽油机冲次，但每口都需要人工进行测试后调节，而且井况在不停变化，这就需要人工经常去测试调节，往往都因为人工调节工作的烦琐、复杂和不及时而使安装了变频器的油井大部分都实现不了根据井况变化做到及时调节冲次,达不到理想中节能增产效果。

发明内容

本发明通过提供一种抽油机自动变频装置及方法，解决了现有技术中不能根据井况变化及时调整冲次的技术问题，克服了现有抽油机采用人工方式的劳动强度大、工序繁琐复杂，实时性差的不足。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种抽油机自动变频装置，其中，所述抽油机包括电动机，所述电动机用于给所述抽油机提供动力，所述抽油机自动变频装置包括：变频器，与所述电动机连接，所述变频器用于控制所述电动机的转速；控制装置，与所述变频器连接，所述控制装置用于获得所述变频器的工作状态参数；外界参数检测装置，与所述控制装置连接，所述外界参数检测装置用于检测抽油井的外界参数，并将所述外界参数传输给所述控制装置；其中，所述控制装置通过获得所述变频器的工作状态参数和所述外界参数，以实现对所述变频器的输出频率的自动控制。

进一步的，所述抽油机自动变频装置还包括：所述控制装置具体包括：变频器参数检测单元，与所述变频器连接，用于检测所述工作状态参数；外界参数获得单元，与所述外界参数检测装置连接，用于获得所述抽油井外界参数；频率输出单元，与所述变频器连接，用于给所述变频器传递输出频率；频率控制单元，分别与所述变频器参数检测单元、外界参数获得单元、频率输出单元连接；其中，所述频率控制单元根据所述变频器工作状态参数和所述抽油井外界参数计算出变频器的所述输出频率，并传递给所述变频器，用于实现对所述变频器的自动控制。

进一步的，所述抽油机自动变频装置还包括：所述抽油机包括上冲程阶段和下冲程阶段，其中，所述抽油机自动变频装置还包括：冲程调节装置，与所述控制装置连接，所述冲程调节装置用于调节所述变频器参数检测单元的检测节奏，以便于准确获得所述抽油机上冲程阶段和下冲程阶段的所述变频器的工作状态参数。

进一步的，所述抽油机自动变频装置还包括：人机接口装置，所述人机接口装置与所述控制装置连接，所述人机接口装置用于人工调节所述变频器参数检测单元的检测节奏。

进一步的，所述抽油机自动变频装置还包括：外界参数检测装置具体为温度检测装置，所述温度检测装置用于检测抽油井的井口温度参数。

进一步的，所述抽油机自动变频装置还包括：所述控制装置与所述变频器连接的具体方式为串口通讯连接和模拟量信号有线连接。

一种抽油机自动变频方法，包括：获得抽油机上冲程和下冲程阶段的电动机的电量信息；获得抽油井的温度信息；根据所述电量信息和所述温度信息计算获得电量信息变化量和温度信息变化量；获得抽油井的工况变化信息；根据所述电量信息变化量、所述温度信息变化量及所述抽油井工况变化信息，计算所述抽油井上工况和/或下工况冲程的第一调速幅度；将所述第一调速幅度发送给变频器，用于实现对抽油机的自动变频控制。

进一步的，所述一种抽油机自动变频方法，还包括：获得人机交互信息；根据所述人机交互信息产生第二调速幅度；根据所述第二调速幅度调整所述第一调速幅度，并产生第三调速幅度；将所述第三调速幅度发送给变频器。

本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了控制装置实时监测变频器、油井温度参数等信息，并根据获得参数信息实时根据井况变化幅度自动计算调节变频器的频率大小，所以，有效解决了现有技术中的人工方式调剂劳动强度大、工序繁琐复杂，实时性差的不足，达到了抽油机调频的快速、及时、简单的技术效果。

附图说明

图1为本发明实施例的自动变频装置结构示意图；

图2为本发明实施例的抽油机自动变频方法的示意图；

图3为本发明实施例的抽油机自动变频方法的又一示意图。

具体实施方式

本发明实施例通过采用控制装置实时监测变频器、油井温度参数等信息，并根据获得参数信息实时根据井况变化幅度自动计算调节变频器的频率大小，所以，有效解决了现有技术中的人工方式调剂劳动强度大、工序繁琐复杂，实时性差的不足，达到了抽油机调频的快速、及时、简单的技术效果。

本发明实施例中的技术方案为解决上述人工调试方式的问题，总体思路如下：

本发明实施例提供了一种抽油机自动变频装置，其中，控制装置通过收集变频器的工作状态参数和外界参数检测装置获得的抽油井的外界参数自动控制变频器的功率输出，达到自动控制电动机的转速。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种抽油机自动变频装置，其中，所述抽油机包括电动机1，所述电动机1用于给所述抽油机提供动力，并且，自动变频装置通过变频器2控制电动机1的转速。具体而言，抽油机自动变频装置包括变频器2，控制装置3，外界参数检测装置4，其中：

变频器2，与所述电动机1连接，所述变频器2用于控制所述电动机1的转速；

控制装置3，与所述变频器2连接，所述控制装置1用于获得所述变频器2的工作状态参数；

外界参数检测装置4，与所述控制装置3连接，所述外界参数检测装置4用于检测抽油井的外界参数，并将所述外界参数传输给所述控制装置3；

其中，所述控制装置3通过获得所述变频器2的工作状态参数和所述外界参数，以实现对所述变频器2的输出频率的自动控制，具体来说，控制装置3连接到变频器2的输入控制端以完成对变频器2的输出频率的控制，控制装置3与变频器2连接的具体方式为串口通讯连接和模拟量信号有线连接，其中，串口通讯连接用于设置变频信号，模拟量通讯有线连接用于采集电动机1的电量数据。

进一步的，控制装置3又由变频器参数检测单元31，频率输出单元32、频率控制单元33、外界参数获得单元34组成，其中，

变频器参数检测单元31与所述变频器2连接，用于检测所述变频器2的工作状态参数，具体而言，变频器参数检测单元31与变频器2的反馈输入端连接，并且获得变频器2的输出功率、电流、频率信号、电量等工作状态参数。举例来说，可以将变频器参数检测单元31设置成电量自动计算单元，通过自动累积计算单位时间内变频器2的输出电量情况作为变频器2的工作状态参数。

外界参数获得单元34，与所述外界参数检测装置4连接，用于获得所述抽油井外界参数，具体而言，外界参数获得单元34可以是温度测量仪，通过温度测量仪实时获得井口的温度参数。

频率输出单元32，与所述变频器2连接，用于给所述变频器2传递输出频率，具体而言，频率输出单元32与变频器2的控制信号输入端连接，进而控制变频器2的频率输出。

频率控制单元33，分别与所述变频器参数检测单元31、外界参数获得单元34、频率输出单元32连接；

其中，所述频率控制单元33根据所述变频器2工作状态参数和所述抽油井外界参数计算出变频器2的所述输出频率，并传递给所述变频器2，用于实现对所述变频器2的自动控制。

另外，该抽油机自动变频装置还可以包括人机接口6，通过人机接口6实现人工对自动变频装置进行人工干预，使得自动变频装置的人机交互性更好，具体而言，人机接口6可以对控制装置3进行程序编程，在系统安装完成后进行参数设置，包括电量累积时间，变化幅度基准值，温度范围，上下冲程频率，速度比等，并且可以显示系统运行状态，系统故障信息等。

进一步的，鉴于在稠油井在一个蒸汽注采周期内的工作特性，可以将电动机1的运动状态分成上冲程和下冲程两个阶段，为了更好的使变频器参数检测单元31获得更准确的信息设置位置开关5，并通过位置开关5判断抽油机的上冲程和下冲程的运行装置，帮助变频器参数检测单元31准确计算上、下冲程的工作状态参数，如自动累积计算单位时间内变频器2的输出电量情况。另一方面，还可以通过人机接口6设定单位时间的具体值。

本发明实施例还提供了一种抽油机自动变频方法，如图2所示：

步骤S110：获得抽油机上冲程和下冲程阶段的电动机的电量信息；

步骤S120：获得抽油井的温度信息；

步骤S130：根据所述电量信息和所述温度信息计算获得电量信息变化量和温度信息变化量；

步骤S140：获得抽油井的工况变化信息；

步骤S150：根据所述电量信息变化量、所述温度信息变化量及所述抽油井工况变化信息，计算所述抽油井上工况和/或下工况冲程的第一调速幅度；

步骤S160：将所述第一调速幅度发送给变频器，用于实现对抽油机的自动变频控制。

为了实现人机交互，本发明的自动变频方法还包括了人机交互过程，具体过程如下：

获得人机交互信息；

根据所述人机交互信息产生第二调速幅度；

根据所述第二调速幅度调整所述第一调速幅度，并产生第三调速幅度；

将所述第三调速幅度发送给变频器。

为了更好的说明本实施例的抽油机自动变频方法，本发明实施例将举一具体示例予以说明，如图3所示。

步骤210：根据稠油井原油黏度及温度变化情况，将稠油井的运行划分为四个工况，工况a为开井初期，工况b为开井中前期，工况c为开井中后期，工况d为后期；每个工况都有不同的油温及原油黏度，在控制装置3里与其对应的就有不同的温度及电量消耗值；

步骤220：当抽油机运行后,变频器参数检测单元31根据位置开关5和变频器2的模拟量回馈信号计算抽油机上、下冲程单位时间内消耗的电量，并连续两次计算出电量变化趋势及趋势；以及抽油机工作时实监控温度变化。

步骤230：频率控制单元33根据油井当前所在的工况，电量、温度变化幅度及趋势自动判断油井工况变化趋势，当条件满足工况切换条件时自动切换工况，并根据工况变化，电量、温度变化幅度计算出上、下冲程调速幅度；

步骤240：频率输出单元32，具体可为上冲程频率输出单元321和下冲程频率输出单元322，根据频率控制单元33计算出的频率变化值，进行对变频器2的相应控制；

步骤250：频率调节完成后，继续开始新的电量计算，进行下一个循环控制中。

如上所述，整个系统安装设置完成实施后，控制装置3不断累积比较变频器输出电量，当电量变化幅度达到或超过设定值，根据变化幅度大小和温度变化情况自动判断油井当前井况，并计算出频率调节大小值，上冲程频率输出单元321和下冲程频率输出单元322将频率调节值通过控制装置3的串口与变频器2串口通讯，并以串口命令形式直接改变变频器2内的抽油机上、下冲程频率值，从而改变抽油机上、下冲程速度及速度比，达到自动调节冲次及上、下冲程速度比的目的，从根本上解决了稠油井井况变化复杂导致的调频难，调频不及时的问题。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

由于采用了控制装置实时监测变频器、油井温度参数等信息，并根据获得参数信息实时根据井况变化幅度自动计算调节变频器的频率大小，所以，有效解决了现有技术中的人工方式调剂劳动强度大、工序繁琐复杂，实时性差的不足，达到了抽油机调频的快速、及时、简单的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种抽油机自动变频装置，其中，所述抽油机包括电动机，所述电动机用于给所述抽油机提供动力，其特征在于，所述抽油机自动变频装置包括：

变频器，与所述电动机连接，所述变频器用于控制所述电动机的转速；

控制装置，与所述变频器连接，所述控制装置用于获得所述变频器的工作状态参数；

外界参数检测装置，与所述控制装置连接，所述外界参数检测装置用于检测抽油井的外界参数，并将所述外界参数传输给所述控制装置；

其中，所述控制装置通过获得所述变频器的工作状态参数和所述外界参数，以实现对所述变频器的输出频率的自动控制。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制装置具体包括：

变频器参数检测单元，与所述变频器连接，用于检测所述工作状态参数；

外界参数获得单元，与所述外界参数检测装置连接，用于获得所述抽油井外界参数；

频率输出单元，与所述变频器连接，用于给所述变频器传递输出频率；

频率控制单元，分别与所述变频器参数检测单元、外界参数获得单元、频率输出单元连接；

其中，所述频率控制单元根据所述变频器工作状态参数和所述抽油井外界参数计算出变频器的所述输出频率，并传递给所述变频器，用于实现对所述变频器的自动控制。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述抽油机包括上冲程阶段和下冲程阶段，其中，所述抽油机自动变频装置还包括：

冲程调节装置，与所述控制装置连接，所述冲程调节装置用于调节所述变频器参数检测单元的检测节奏，以便于准确获得所述抽油机上冲程阶段和下冲程阶段的所述变频器的工作状态参数。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述抽油机自动变频装置还包括：

人机接口装置，所述人机接口装置与所述控制装置连接，所述人机接口装置用于人工调节所述变频器参数检测单元的检测节奏。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，外界参数检测装置具体为温度检测装置，所述温度检测装置用于检测抽油井的井口温度参数。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制装置与所述变频器连接的具体方式为串口通讯连接和模拟量信号有线连接。

7.一种抽油机自动变频方法，其特征在于：

获得抽油机上冲程和下冲程阶段的电动机的电量信息；

获得抽油井的温度信息；

根据所述电量信息和所述温度信息计算获得电量信息变化量和温度信息变化量；

获得抽油井的工况变化信息；

根据所述电量信息变化量、所述温度信息变化量及所述抽油井工况变化信息，计算所述抽油井上工况和/或下工况冲程的第一调速幅度；

将所述第一调速幅度发送给变频器，用于实现对抽油机的自动变频控制。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

获得人机交互信息；

根据所述人机交互信息产生第二调速幅度；

根据所述第二调速幅度调整所述第一调速幅度，并产生第三调速幅度；

将所述第三调速幅度发送给变频器。

Images