CN108825176A - 海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法及控制系统，抽油机安装采用配重的自重要小于抽油杆的自重，达到停机时满足抽油杆自动下滑的重力要求，自动运行停机和断电时，抽油机处于无制动器控制状态，靠抽油杆的重力启动井下防喷安全阀泵的开关。本发明海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法及控制系统，抽油机设置行程控制传感器和上下限位传感器，在自动运行状态停止过程中行程控制传感器，不限制配重继续上行启动安全阀开关后停止运行，配重触碰上限位开关即停机，防止冲顶的安全保护作用，抽油机自动运行停机时,通过抽油杆的自重下落，触碰井下防喷安全阀泵开关，安全阀的工作是在任何时候都能防止井喷造成环境污染。

Description

海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法及控制系统

技术领域

本发明涉及一种海洋石油开采方法，具体的说，是涉及一种海上抽油机控制方法。

背景技术

在海上的石油开采成本居高不下,迫切需要将陆地低成本的举升装备抽油机移植到海上平台上。但是由于陆上抽油机占地面积大，增加了海上平台的制造成本，因此迫切需要开发一款结构紧凑的抽油机适应海上混凝土平台结构的需要。

海上采油环保的硬性规定必须要有井下自动防喷装置，这就需要开发适合海上抽油机运行和自动启闭井下防喷安全阀泵的控制软件和相应的电机配置、平衡系统的方法和措施，因此有必要开发一种适合海上平台降低开采成本，便于操作维护、安全环保稳定的专用抽油机。

目前在石油领域的海上平台使用的是电潜泵采油,但是电潜泵使用维护周期短、维护费用高、造价高、耗电量大。

特别是普通电潜泵和防喷安全阀不适合稠油热采时高温的使用条件,需要开发适合海上采油的抽油机自动控制有杆井下防喷安全阀泵，满足生产的需求。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种设置有能够自动启闭井下自动防喷安全阀泵装置的海上抽油机控制方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法，

该流程开始于步骤s101，系统上电；

在步骤s102，通过人机界面，判定抽油机运行模式为手动运行模式还是自动运行模式，手动运行模式执行步骤s103，自动运行模式执行步骤s108，

在步骤s103，抽油杆手动运行模式；

在步骤s104，极限位传感器是否发出信号，极限位传感器发出信号，执行步骤s115，否则执行步骤s105；

在步骤s105，判断皮带是否打滑，皮带打滑执行步骤s115，否则执行步骤s106；

在步骤s106，判断是否严重失衡，严重失衡执行步骤s115，否则执行步骤s107；

在步骤s107，判断是否断杆，断杆执行步骤s115，否则执行步骤s108；

在步骤s108，判断电机是否堵转，电机堵转执行步骤s115，否则执行步骤s109；

在步骤s109，判断是否过载，过载执行步骤s115，否则执行步骤s102；

在步骤s110，自动运行模式，抽油杆自动上、下往复运行；

在步骤s111，判断下限位传感器是否发出信号，发出信号执行步骤s114，否则执行步骤s112；

在步骤s112，中间传感器是否发出信号，发出信号执行步骤s114，否则执行步骤s114；

在步骤s113，上冲程换向限位传感器是否发出信号，发出信号执行步骤s114，否则执行步骤s104；

在步骤s114，在运行中碰到中间矫正位传感器，会自动矫正位置；碰到上冲程换向限位传感器，抽油杆会立即停止上行，并开始下行运行，同时矫正当前位置；碰到下限位传感器抽油杆会立即停止下行，并开始上行运行，同时矫正当前位置，然后执行步骤s110；

在步骤s115，程序结束；在停机状态下抽油杆靠自重下滑至启动井下防喷安全阀开关。

一种海上抽油机控制系统，

包括伺服控制器、接触器、远程遥控系统、伺服电机、上冲程换向限位传感器、下限位传感器、中间传感器、抽油杆和平衡配重，所述伺服控制器控制着电机的行程、速度、换向，监测电机正反转运行时的扭矩变化；

启动自动运行时先用手动驱动电机提起抽油杆打开安全阀开关后，将配重置于上冲程换向限位传感器的位置内，然后启动自动运行程序自动运行；

自动运行时有上冲程换向限位传感器控制和修正冲程范围,保证正常的采油工作；

所述电机的扭矩要大于油注载荷，满足抽油杆上行的拖动力；

在停机状态下都满足抽油杆靠自重下滑至启动井下防喷安全阀开关；

在通电自动运行状态下停机，控制器通过电机将抽油杆缓慢下行直至关闭井下安全阀；

所述电机的制动器在自动运行状态下始终保持打开状态；

确保任何一种停机方式都能启动安全阀开关。

所述控制器和电机在自动运行状态下应具备因断杆，配重失载的状态下控制配重下落的速度和出现异常自动降速落底的功能。

所述上限位设置两个传感器。

上极限位传感器设置在上冲程换向限位能够保证停机时启动下防喷井下安全阀泵开关的位置之上10mm处。

上极限位传感器设置在上冲程换向限位传感器的上方300-400mm处。

上冲程换向限位传感器设置在抽油泵允许运行的最大范围处，在自动运行时当配重接触到上冲程换向限位传感器位置时自动换向并自动修正脉冲换向运行，起到安全运行又减少停机的保护作用；

停机时不限制配重继续上行直至启动井下防喷安全阀开关再断电停机，

所述伺服控制器和电机需具备控制抽油机全部配重在断杆失载状态下，控制配重下滑速度放到基础减震缓冲装置上为止。

所述伺服控制器随时监视电机正反换向运行时的扭矩变化的信息通过触摸屏或远程控制预警信息；

所述警示灯绿灯亮时表示自动控制井下防喷安全阀开关工作正常，黄灯绿灯同时亮时表示抽油杆下行重力与配重重力差达不到停机时抽油杆自动下滑的条件时需进行调整的警示信息，或出现了过大负扭矩需加配重进行调节；

所述伺服控制器驱动电机在手动操作运行状态时具有零速自锁,具备抽油机所配配重重量的70％,维持15分钟的零速自锁状态。满足抽油机装卸负荷的工作要求。

海上抽油机控制系统，包括塔架、动力系统、传动系统、控制系统、平衡配重系统、配重牵引绳、绳轮、驱动绳和悬绳器和修井让位机构，所述动力系统、传动系统和绳轮安装在塔架顶部的操作平台上，所述控制系统安装在海上平台中控室，控制系统控制动力系统的换向位置、转速、井下防喷安全阀泵的开关，所述动力系统包括电机、旋转变压器，所述动力系统的底座连接在左侧组合传动支架和右侧组合传动支架上，通过齿形带(皮带)与传动系统连接，所述传动系统包括一级齿形带传动、二级齿轮传动、左侧组合传动支架、右侧组合传动支架，所述一级齿形带传动包括安装在动力系统输出端的小齿形带轮；大、小齿形带(皮带)轮上套装有齿形带(皮带)；与安装在传动轴右上端30度-75度的大齿形带(皮带)轮相连接，所述二级齿轮传动包括安装在传动轴左端的小齿轮和安装在绳轮轴左端的大齿轮，所述小齿轮与大齿轮啮合；所述传动轴和绳轮轴的左端分别通过轴座安装在左侧组合传动支架上，所述传动轴和绳轮轴的右端分别通过轴座安装在右侧组合传动支架上，所述左侧组合传动支架和右侧组合传动支架分别对称固定安装在操作平台的左侧和右侧，动力系统安装在操作平台中后部，所述塔架底部与抽油机的移动底座相连接，所述移动底座配重下方为减震缓冲机构。

塔架式智能抽油机为防止断杆配重下坠,安装了钢丝绳夹绳器,在控制识别到失速时立即启动夹绳器将配重固定住。

所述电机输出轴安装的小同步带轮的外侧装有手控制动器。确保装卸载时的安全。

本发明相对现有技术的有益效果：

本发明海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法，设置有自动控制井喷装置；结构紧凑站地面积小；改变抽油机的平衡方式为非平衡运行方式；按非平衡运行方式配置拖动系统；塔架式智能抽油机开发了自动控制井下防喷安全阀泵的技术及配套防护措施，降低了采油的成本，适用范围广，适合需要防喷措施的油井。

附图说明

图1是本发明海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法的控制流程图；

图2是本发明海上抽油机控制系统的井架结构示意图。

附图中主要部件符号说明：

图中：

1、极限位传感器；

2、上冲程换向限位传感器；

3、中间传感器

4、配重

5、抽油杆。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：

附图1-2可知，一种海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法，

该流程开始于步骤s101，系统上电；

在步骤s102，通过人机界面，判定抽油机运行模式为手动运行模式还是自动运行模式，手动运行模式执行步骤s103，自动运行模式执行步骤s108，

在步骤s103，抽油杆手动运行模式；

在步骤s104，极限位传感器是否发出信号，极限位传感器发出信号，执行步骤s115，否则执行步骤s105；

在步骤s105，判断皮带是否打滑，皮带打滑执行步骤s115，否则执行步骤s106；

在步骤s106，判断是否严重失衡，严重失衡执行步骤s115，否则执行步骤s107；

在步骤s107，判断是否断杆，断杆执行步骤s115，否则执行步骤s108；

在步骤s108，判断电机是否堵转，电机堵转执行步骤s115，否则执行步骤s109；

在步骤s109，判断是否过载，过载执行步骤s115，否则执行步骤s102；

在步骤s110，自动运行模式，抽油杆自动上、下往复运行；

在步骤s111，判断下限位传感器是否发出信号，发出信号执行步骤s114，否则执行步骤s112；

在步骤s112，中间传感器是否发出信号，发出信号执行步骤s114，否则执行步骤s114；

在步骤s113，上冲程换向限位传感器是否发出信号，发出信号执行步骤s114，否则执行步骤s104；

在步骤s114，在运行中碰到中间矫正位传感器，会自动矫正位置；碰到上冲程换向限位传感器，抽油杆会立即停止上行，并开始下行运行，同时矫正当前位置；碰到下限位传感器抽油杆会立即停止下行，并开始上行运行，同时矫正当前位置，然后执行步骤s110；

在步骤s115，程序结束；在停机状态下抽油杆靠自重下滑至启动井下防喷安全阀开关。

一种海上抽油机控制系统，

包括伺服控制器、接触器、远程遥控系统、伺服电机、极限位传感器1、上冲程换向限位传感器2、中间传感器3、抽油杆5和平衡配重4，所述伺服控制器控制着电机的行程、速度、换向，监测电机正反转运行时的扭矩变化；

启动自动运行时先用手动驱动电机提起抽油杆打开安全阀开关后，将配重置于上冲程换向限位传感器的位置内，然后启动自动运行程序自动运行；

自动运行时有上冲程换向限位传感器控制和修正冲程范围,保证正常的采油工作；

所述电机的扭矩要大于油注载荷，满足抽油杆上行的拖动力；

在停机状态下都满足抽油杆靠自重下滑至启动井下防喷安全阀开关；

在通电自动运行状态下停机，控制器通过电机将抽油杆缓慢下行直至关闭井下安全阀；

所述电机的制动器在自动运行状态下始终保持打开状态；

确保任何一种停机方式都能启动安全阀开关。

所述控制器和电机在自动运行状态下应具备因断杆，配重失载的状态下控制配重下落的速度和出现异常自动降速落底的功能。

所述上限位设置两个传感器。

上极限位传感器设置在上冲程换向限位能够保证停机时启动下防喷井下安全阀泵开关的位置之上10mm处。

上极限位传感器设置在上冲程换向限位传感器的上方300-400mm处。

上冲程换向限位传感器设置在抽油泵允许运行的最大范围处，在自动运行时当配重接触到上冲程换向限位传感器位置时自动换向并自动修正脉冲换向运行，起到安全运行又减少停机的保护作用；

停机时不限制配重继续上行直至启动井下防喷安全阀开关再断电停机，

所述伺服控制器和电机需具备控制抽油机全部配重在断杆失载状态下，控制配重下滑速度放到基础减震缓冲装置上为止。

所述伺服控制器随时监视电机正反换向运行时的扭矩变化的信息通过触摸屏或远程控制预警信息；

所述警示灯绿灯亮时表示自动控制井下防喷安全阀开关工作正常，黄灯绿灯同时亮时表示抽油杆下行重力与配重重力差达不到停机时抽油杆自动下滑的条件时需进行调整的警示信息，需增加配重进行调节；

所述伺服控制器驱动电机在手动操作运行状态时具有零速自锁,具备抽油机所配配重重量的70％,维持15分钟的零速自锁状态。满足抽油机装卸负荷的工作要求。

海上抽油机控制系统，包括塔架、动力系统、传动系统、控制系统、平衡配重系统、配重牵引绳、绳轮、驱动绳和悬绳器和修井让位机构，所述动力系统、传动系统和绳轮安装在塔架顶部的操作平台上，所述控制系统安装在海上平台中控室，控制系统控制动力系统的换向位置、转速、井下防喷安全阀泵的开关，所述动力系统包括电机、旋转变压器，所述动力系统的底座连接在左侧组合传动支架和右侧组合传动支架上，通过齿形带(皮带)与传动系统连接，所述传动系统包括一级齿形带传动、二级齿轮传动、左侧组合传动支架、右侧组合传动支架，所述一级齿形带传动包括安装在动力系统输出端的小齿形带轮；小齿轮在大齿轮的下方与大齿轮啮合；大、小齿形带(皮带)轮上套装有齿形带(皮带)；与安装在传动轴右上端30度-75度的大齿形带(皮带)轮相连接，所述二级齿轮传动包括安装在传动轴左端的小齿轮和安装在绳轮轴左端的大齿轮，所述小齿轮与大齿轮啮合；所述传动轴和绳轮轴的左端分别通过轴座安装在左侧组合传动支架上，所述传动轴和绳轮轴的右端分别通过轴座安装在右侧组合传动支架上，所述左侧组合传动支架和右侧组合传动支架分别对称固定安装在操作平台的左侧和右侧，动力系统安装在操作平台中上部，所述塔架底部与抽油机的移动底座相连接，所述移动底座配重下方为减震缓冲机构。

塔架式智能抽油机为防止断杆配重下坠,安装了钢丝绳夹绳器,在控制识别到失速时立即启动夹绳器将配重固定住。

所述电机输出轴安装的小同步带轮的外侧装有手控制动器。确保装卸载时的安全。

自动模式下有五种保护：

1、皮带打滑利用中间矫正位、上限位、下限位来检测；

2、平衡度利用上、下行时的电流值来检测；

3、断杆采用电流值来检测；

4、电机堵转采用电机本体的编码器来检测；

5、过载采用设定的过载电流、过载时间来检测。

发明海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法，自动运行停机时,通过抽油杆的自重下落，触碰防喷安全阀开关，安全阀工作防止井喷造成环境污染。

海油陆采专用控制方法，安装抽油机后不能采取传统抽油机调平衡的方法，改变成配重的自重要小于抽油杆的自重，达到停机时满足抽油杆自动下滑的重力要求。

海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法，抽油机的安全控制系统采用电机和控制系统能够完全控制断杆失载时，配重下落时不是失速状态造成事故。

海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法，抽油机设置行程控制传感器和上下限位传感器。行程控制传感器在自动运行状态下的作用是碰到传感器即换向校正运行。

海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法，停机时软件系统自动识别后配重减速慢行至触碰防喷开关止。在自动运行过程中行程控制传感器故障未能换向，配重继续上行也可以启动安全阀开关，后触碰上限位开关即停机起到防止冲顶的安全保护作用。

海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法，自动运行时制动器处于打开状态，遇到突发停电情况时抽油机处于无制动状态，靠抽油杆的重力启动安全阀开关。

海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法，维修运行即手动时，制动器和电机零转速悬停功能处于工作状态，可以使抽油机停在任何需要的位置。

海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法，抽油机的拖动配置根据启动安全阀开关的需要，与原抽油杆+50％油柱为额定起重量的配置，更改为100％油柱载荷加上10-20％抽油杆的载荷配置电机的额定起重量满足正常生产的需要。

海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法，控制器考虑到负扭矩发电状态，制动电阻适当增加的配置。自动运行载荷变化的因素，会影响自动控制安全阀开关的正常工作，建立载荷变化的预警信息。即当抽油杆的自重载荷轻于配重载荷时发出预警信号，提示调整运行参数或调整配重。方法是：输入正常运行时的电流、扭矩的数值，对抽油杆上下行电流、扭矩的时时监控，一旦出现异常不停机即发出报警信号。

如图2抽油机的控制系统的软件设计是在工作运行状态下，通过自学习触碰上冲程限位换向传感器2记录下了自动运行的上限，在留出了安全距离200mm后,就是允许设定最大冲程的距离，当运行出现滑差时触碰到上冲程限位换向传感器2时不停机自动换向校正脉冲继续运行。

在停机位置设定了上冲程限位换向传感器2不设限，抽油机减速允许抽油杆5继续下滑触碰到关闭井下防喷安全阀泵开关的位置，制动器在任何状态下不工作。在触碰到塔架顶部距启动井下防喷安全阀泵开关的位置上方50mm处装有极限位传感器1即断电停机，当自动运行出现滑差上冲程限位换向传感器2失灵的情况下触碰到极限位传感器控制系统即指令故障停机。

启动运行时只需用手动上行打开井下防喷安全阀泵开关,将配重4恢复到上冲程限位换向传感器2的下方，转换成自动运行，就可以正常工作了。

抽油机的手动维修工作时，抽油机的控制系统可以通过电机的零转速工作状态使抽油机的配重4可以任意悬停在所指定的地方，并拉紧手制动器保证维修工作超过15分钟的安全。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案范围内。

Claims (9)

1.一种海上抽油机自动控制井下防喷安全阀泵的方法，

该流程开始于步骤s101，系统上电；

在步骤s102，通过人机界面，判定抽油机运行模式为手动运行模式还是自动运行模式，手动运行模式执行步骤s103，自动运行模式执行步骤s108，

在步骤s103，抽油杆手动运行模式；

在步骤s104，极限位传感器是否发出信号，极限位传感器发出信号，执行步骤s115，否则执行步骤s105；

在步骤s105，判断皮带是否打滑，皮带打滑执行步骤s115，否则执行步骤s106；

在步骤s106，判断是否严重失衡，严重失衡执行步骤s115，否则执行步骤s107；

在步骤s107，判断是否断杆，断杆执行步骤s115，否则执行步骤s108；

在步骤s108，判断电机是否堵转，电机堵转执行步骤s115，否则执行步骤s109；

在步骤s109，判断是否过载，过载执行步骤s115，否则执行步骤s102；

在步骤s110，自动运行模式，抽油杆自动上、下往复运行；

在步骤s111，判断下限位传感器是否发出信号，发出信号执行步骤s114，否则执行步骤s112；

在步骤s112，中间传感器是否发出信号，发出信号执行步骤s114，否则执行步骤s114；

在步骤s113，上冲程换向限位传感器是否发出信号，发出信号执行步骤s114，否则执行步骤s104；

在步骤s114，在运行中碰到中间矫正位传感器，会自动矫正位置；碰到上冲程换向限位传感器，抽油杆会立即停止上行，并开始下行运行，同时矫正当前位置；碰到下限位传感器抽油杆会立即停止下行，并开始上行运行，同时矫正当前位置，然后执行步骤s110；

在步骤s115，程序结束；

在自动运行任何停机状态下抽油杆靠自重下滑至启动井下防喷安全阀开关；

手动检修运行时，控制电机悬停和制动器保持工作状态，可以停止在任何位置。

2.一种海上抽油机控制系统，

包括伺服控制器、接触器、远程遥控系统、伺服电机、极限位传感器、上冲程换向限位传感器、中间传感器、抽油杆和平衡配重，其特征在于：

所述伺服控制器控制着电机的行程、速度、换向，监测电机正反转运行时的扭矩变化；

启动自动运行时先用手动驱动电机提起抽油杆打开安全阀开关后，将配重置于上冲程换向限位传感器的位置内，然后启动自动运行程序自动运行；

自动运行时有上冲程换向限位传感器控制和修正冲程范围,保证正常的采油工作；

所述电机的扭矩要大于油注载荷，满足抽油杆上行的拖动力；

在停机状态下都满足抽油杆靠自重下滑至启动井下防喷安全阀泵开关；

在通电自动运行状态下停机，控制器通过电机将抽油杆缓慢下行直至关闭井下安全阀；

所述电机的制动器在自动运行状态下始终保持打开状态；

所述控制器和电机在自动运行状态下应具备因断杆，配重失载的状态下控制配重下落的速度和出现异常自动降速落底。

3.根据权利要求2所述海上抽油机控制系统，其特征在于：

上极限位传感器设置在上冲程换向限位能够保证停机时启动井下防喷安全阀泵开关的位置之上10mm处。

4.根据权利要求2所述海上抽油机控制系统，其特征在于：

上极限位传感器设置在上冲程换向限位传感器的上方300-400mm处。

5.根据权利要求2所述海上抽油机控制系统，其特征在于：

所述伺服控制器和电机需具备控制抽油机全部配重在断杆失载状态下，控制配重下滑速度放到基础减震缓冲装置上为止。

6.根据权利要求2所述海上抽油机控制系统，其特征是+：

所述伺服控制器随时监视电机正反换向运行时的扭矩变化的信息通过触摸屏或远程控制预警信息；

所述警示灯绿灯亮时表示自动控制井下防喷安全阀泵开关工作正常，黄灯绿灯同时亮时表示抽油杆下行重力与配重重力差达不到停机时抽油杆自动下滑的条件时需进行调整的警示信息，或出现了过大负扭矩需加配重进行调节；

所述伺服控制器驱动电机在手动操作运行状态时具有零速自锁,具备抽油机所配配重重量的70％,维持15分钟的零速自锁状态。

7.根据权利要求2所述海上抽油机控制系统，其特征在于：

包括塔架、动力系统、传动系统、控制系统、平衡配重系统、配重牵引绳、绳轮、驱动绳和悬绳器和修井让位机构，所述动力系统、传动系统和绳轮安装在塔架顶部的操作平台上，所述控制系统安装在海上平台中控室，控制系统控制动力系统的换向位置、转速、井下防喷安全阀泵的开关，所述动力系统包括电机、旋转变压器，所述动力系统的底座连接在左侧组合传动支架和右侧组合传动支架上，通过齿形带与传动系统连接，所述传动系统包括一级齿形带传动、二级齿轮传动、左侧组合传动支架、右侧组合传动支架，所述一级齿形带传动包括安装在动力系统输出端的小齿形带轮；大、小齿形带轮上套装有齿形带；与安装在传动轴右上端30度-75度的大齿形带轮相连接，所述二级齿轮传动包括安装在传动轴左端的小齿轮和安装在绳轮轴左端的大齿轮，所述小齿轮与大齿轮啮合；为小齿轮在大齿轮的下方与大齿轮啮合，所述传动轴和绳轮轴的左端分别通过轴座安装在左侧组合传动支架上，所述传动轴和绳轮轴的右端分别通过轴座安装在右侧组合传动支架上，所述左侧组合传动支架和右侧组合传动支架分别对称固定安装在操作平台的左侧和右侧，动力系统安装在操作平台中上部，所述塔架底部与抽油机的移动底座相连接，所述移动底座配重下方为减震缓冲机构。

8.根据权利要求2所述海上抽油机控制系统，其特征在于：

塔架式智能抽油机为防止断杆配重下坠,安装了钢丝绳夹绳器,在控制识别到失速时立即启动夹绳器将配重固定住。

9.根据权利要求2所述海上抽油机控制系统，其特征在于：

所述电机输出轴安装的小同步带轮的外侧装有手控制动器。