CN115961915A - 一种螺杆泵采油系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺杆泵采油系统，包括地面设备、井下设备和辅助设备。本抽油泵系统能够通过各参数检测装置检测各参数信息根据出油率的高低情况，判断并调节对应执行装置的运行参数以提高采油效率。本发明能够根据具体的出油率状况调节伸缩机构以调节采油深度，调节电机转速以调节采油效率并根据电机的运行状况调节电机的转速以确保电机稳定运行；根据转子的运行温度调节电机的转速以保护螺杆泵不会因为过载运行而损伤，以提高螺杆泵的使用寿命，同时降低了不必要的能量损耗，节约了能源；通过扶正器、反转制动器等辅助装置，实现了对介质的稳定运输，并保证了操作的安全性，进一步提高了本系统的采油效率。

Description

一种螺杆泵采油系统

技术领域

本发明涉及油井抽油技术领域，尤其涉及一种螺杆泵采油系统。

背景技术

抽油泵：抽油泵是由抽油机带动把井内原油抽到地面的常用井下装置。普通抽油泵主要由泵筒、吸入阀、活塞、排除阀四大部分组成。按照抽油泵在井下的固定方式，可分为管式泵和杆式泵。抽油泵是抽油的井下设备。它所抽汲的液体中含有砂、蜡、水、气及腐蚀性物质, 又在数百米到上千米的井下工作, 泵内压力可能高达10 MPa 以上。所以, 它的工作环境复杂, 条件恶劣, 而泵工作的好坏又直接影响到油井产量。

螺杆泵：螺杆泵是按迥转啮合容积式原理工作的新型泵种，主要工作部件是偏心螺杆（转子）和固定的衬套（定子）。由于该二部件的特殊几何形状，分别形成单独的密封容腔，介质在轴向被均匀推行流动，内部流速低，容积保持不变，压力稳定，因而不会产生涡流和搅动。螺杆泵是开采稠油和含砂原油的一种很好的手段，其容积效率随原油粘度升高而升高，不像离心泵那样随原油粘度升高泵效急剧下降。

发明内容

为此，本发明提供一种螺杆泵采油系统，用以克服现有技术中无法根据采油率精确调整对应装置的对应运行参数以高效、安全并稳定地采取油液的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种螺杆泵采油系统，包括，

驱动单元，其设置在地面上，用以在系统采油时对系统提供动力包括电机、用以固定光杆的光杆方卡和用以输出采油的井口装置，其中，电机与光杆方卡通过减速器相连，用以使光杆方卡中的光杆以对应的转速转动，井口装置和光杆方卡配合以使光杆在对应位置稳定转动；所述光杆依次贯穿所述光杆方卡以及所述井口装置，光杆位于地下的端部与采油单元相连且在光杆上还设有伸缩机构，用以调节采油单元的采油深度；所述光杆外还套设有伸缩套筒；

所述采油单元，其设置在地下并与所述驱动单元相连，用以采集地底的储油，包括与所述井口装置相连的油管、设置在油管内并与所述井口装置位于地下的部分相连的螺杆泵以及设置在螺杆泵远离所述驱动单元一端的用以筛除直径过大的颗粒物的筛管；所述螺杆泵包括定子和转子，转子与所述光杆的端部相连，定子与所述伸缩套筒相连且转子和定制之间设有用以约束转子转动自由度的限位器；

检测单元，其分别设置在所述驱动单元和所述采油单元的对应部件中，用以在系统运行时分别采集对应的参数，包括设置在所述井口装置中以检测采集的油液中颗粒物的直径数据和采集的油液的含气量及含沙量的介质指标检测装置、设置在所述井口装置中以检测系统出油率的流量计、设置在所述螺杆泵外侧壁以检测油管内油液位的油液检测装置以及设置在所述转子内以检测螺杆泵温度的小型温度传感器；

中控单元，其为一控制柜，中控单元分别与所述驱动单元、所述采油单元以及所述检测单元中的对应部件相连，用以在系统运行过程中根据对应的参数调节对应部件的工作参数；中控单元在系统运行时根据系统的出油率对对应的执行装置的对应运行参数进行调节，当出油率过低时，中控单元根据油液液面的高度情况调节伸缩机构使得液面达到合理的高度，当出油率较低时，中控单元根据对应的出油率情况提高电机的转速至合理的范围，当出油率较高时，中控单元检测电机运行的稳定性及转子的运行温度并根据电机的运行情况及转子的温度情况降低电机的转速直到电机和转子能够稳定运行。

进一步地，所述中控单元中设有第一预设出油率常数α1、第二预设出油率常数α2、预设出油率常数下限指标αmin和预设出油率常数上限指标αmax，其中，αmin＜α1＜α2＜αmax；

当系统启动时，所述中控单元启动系统并进行试运行并在确认所述螺杆泵工作状态正常时控制系统进行采油，中控单元在系统采油过程中控制所述流量计检测系统出油的流量以计算系统的出油率α并根据α判定系统的实际运行情况，

若α＜α0，则所述中控单元判定所述螺杆泵采油系统出油率过低，中控单元根据井下状况判断是否需将对应部件的工作参数调节至对应值；

若α0≤α＜α1,则所述中控单元判定所述电机转速过低并根据系统的实际作业状况将所述电机的转速提高至对应值；

若α1≤α＜α2，则所述中控单元判定所述螺杆泵采油系统工作状态正常并不对系统中部件的工作参数进行调节；

若α2≤α＜α3，则所述中控单元判定所述螺杆泵采油系统高负载运行，中控单元检测所述螺杆泵采油系统的稳定性以判定是否对系统中对应部件的运行参数调节至对应值；

若α≥α3，则所述中控单元判定所述螺杆泵采油系统过载运行，所述中控单元降低所述电机转速直到α＜α3。

进一步地，所述油液检测装置测得的实际液位高度为H；所述中控单元中设有第一预设采油高度常数H1、第二预设采油高度常数H2，其中H1＜H2；所述中控单元根据所述流量计测得的出油量计算得到的出油率差值为△α，设定△α=α0-α；所述中控单元中设有第一预设低载荷出油率差值常数△α1、第二预设低载荷出油率差值常数△α2，第一预设下降距离△H1、第二预设下降距离△H2、第三预设下降距离△H3，其中，△α1＜△α2且△H1＜△H2＜△H3；

若α＜α0，则所述中控单元判定所述螺杆泵采油系统出油率过低，所述中控单元根据油液液面的高度做进一步判断；

若H≥H1，则所述中控单元判定所述储油充足，进一步检测油液的含沙量及油液中颗粒物的粒度信息做进一步的判断；

若H＜H1，则所述中控单元判定所述油液液面过低，所述中控单元根据△α确定下降距离△H并通过调节所述伸缩机构以调节螺杆泵的抽取深度至对应值；

若△α＜△α1，则所述中控单元使用第一预设下降距离△H1对所述伸缩机构进行调节；

若△α1≤△α≤△α2，则所述中控单元使用第二预设下降距离△H2对所述伸缩机构进行调节；

若△α＞△α2，则所述中控单元使用第三预设下降距离△H3对所述伸缩机构进行调节；

当所述中控单元使用△H3对所述伸缩机构进行调节后，再次检测所述螺杆泵采油系统的出油率，若调节后测得的出油率α’＜α0，则根据出油率差值对所述伸缩机构再次进行调节。

进一步地，所述中控单元设有最大伸长量△Hmax，介质含气量上限常数Q0，当所述伸缩机构的累计伸长量达到△Hmax时，所述介质指标检测装置检测抽取油液的含气量Q并对比Q与Q0以判断如何调节对应装置的对应运行参数；

若Q＞Q0，则所述中控单元判定所采取的油井的油液含气量过高，实际储油量不足；

若Q≤Q0，则所述中控单元判定所述螺杆泵存在故障或所述螺杆泵的使用时间已达使用寿命，需更换螺杆泵。

进一步地，所述中控单元中设有含沙量上限常数P0，所述介质指标检测装置测得的油液含沙量为P；所述中控单元中还设有最大直径常数D0，所述介质指标测量装置测得的油液中的颗粒物的最大直径为D；

若P＞P0，则所述中控单元判定抽取油液的含沙量过高，所述中控单元判定所述油液不适合采取；

若P≤P0且D≥D0，则所述中控单元判定所述筛管破损，所述中控元控制所述螺杆泵采油系统制动并提示更换筛管；

若P≤P0且D＜D0，则所述中控单元判定所述筛管堵塞，所述中控单元提示清理筛管。

进一步地，当α0≤α＜α1，所述中控单元判定所述电机转速过低时，所述中控单元根据出油率差值△α’将所述电机的转速调节至对应值,其中，△α’＝α1-α，所述中控单元中设有第一预设常态出油率差值常数△α1’和第二预设常态出油率差值常数△α2’，其中△α1’＜△α2’；所述中控单元中还设有第一预设转速提高系数β1，第二预设转速提高系数β2，第三预设转速提高系数β3；

若△α’＜△α1’，则所述中控单元使用第一预设转速提高系数β1对所述电机的转速进行调节；

若△α1’≤△α’≤△α2’，则所述中控单元使用第二预设转速提高系数β2对所述电机的转速进行调节；

若△α’＞△α2’，则所述中控单元使用第三预设转速提高系数β3对所述电机的转速进行调节；

若所述中控单元对电机转速进行调节后，所述中控单元根据流量计测得的出油量计算得到的出油率α’仍然满足α0≤α’＜α1，则所述中控单元继续根据出油率差值对所述电机的转速进行调节。

进一步地，若α2≤α＜α3，所述中控单元判定所述螺杆泵采油系统高负载运行时，所述中控单元根据所述电机转动的频率异常波动次数判定是否降低电机的转速，所述中控单元中设有频率异常波动次数上限F0，测得的频率异常波动次数为F，设有第一类电机转速降低系数γ1；

若F≤F0，则所述中控单元初步判定所述电机能够在该负载下稳定运行，所述中控单元根据所述电机的异常波动时长对所述电机的运行稳定性做进一步判断；

若F＞F0，则所述中控单元判定所述电机无法在该负载下稳定运行，所述中控单元使用第一类电机转速降低系数γ1对电机的转速进行调节。

进一步地，所述中控单元中设有异常波动时间上限常数G0，测得的最长异常波动时间为G，设有第二类电机转速降低系数γ2；

若F≤F0，G≤G0，则所述中控单元最终判定所述电机能够在该负载下稳定运行，并进一步根据转子的运行温度对所述电机的转速做进一步调节；

若F≤F0，G＞G0，则所述中控单元最终判定所述电机无法在该负载下稳定运行，所述中控单元使用第二类电机转速降低系数γ2对所述电机的转速进行调节。

进一步地，所述中控单元中设有温度上限常数T0，测得的所述螺杆泵转子的运行温度为T，设有第三类电机转速降低系数γ3，所述中控单元最终判定所述电机能够在该负载下稳定运行时，根据螺杆泵转子的运行温度对所述电机的转速做进一步的调节；

若T≤T0，则所述中控单元判断所述转子的运行温度正常；

若T＞T0，则所述中控单元判断所述转子的运行温度过高，所述中控单元使用第三类电机转速降低系数γ3对所述电机的转速进行调节。

进一步地，所述螺杆泵采油系统中还设有反制动器，用以在所述螺杆泵采油系统停止运行时制动所述螺杆泵以免发生倒转现象。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过设置用以检测油液指标的介质指标检测装置、用以检测出油量的流量计、用以检测油液液面高度的油液检测装置、光杆处的伸缩装置以及与这些检测装置相连的中控单元，能够根据由出油量计算出的出油率，分析油液的各指标并根据油液液面的深度，判断如何调节伸缩机构至对应位置及如何调节电机的转速至合理值，实现了对电机、螺杆泵的高效率使用，进而实现了对油液高效且安全的采取，同时节约了能源保护了环境。

进一步地，本发明通过设置出油率常数并根据出油率的具体情况，能够判断不同出油率的情况下所需调节的对应装置的对应运行参数，实现了在各种出油率的运行状态下对所需调节的装置的精确判断。

进一步地，本发明通过设置油液液面高度常数，并根据油液液面的高度情况与出油率差值情况，能够调节伸缩机构精确伸长至对应的位置，调节了所述采油系统的采油深度，进而提高了采油效率。

进一步地，本发明通过设置最大伸长量以及油液的含气量上限常数，能够在伸缩机构伸长量达到最大值时，检测抽取的油液的含气量并根据含气量判断是否需要更换油井或更换螺杆泵，实现了对采油系统装置的问题反馈和调节。

进一步地，本发明通过设置含沙量上限常数和颗粒物最大直径常数，能够根据油液含沙量判断油液是否适合采取，并在含沙量符合规定值时根据油液中颗粒物的最大直径，判断筛管是否堵塞或破损，实现了对采油系统装置的问题反馈和调节。

进一步地，本发明通过设置转速提高系数，能够在出油率较低时，根据出油率的差值的具体情况，使用对应的转速提高系数对电机的转速进行调节，实现了在低效率采油时，精确提高电机转速以提高采油效率的目的，实现提高采油效率的同时保护了电机，节约能源的目的。

进一步地，本发明通过设置频率异常波动次数上限和对应的电机转速降低系数，在电机高负载运行时，根据测得的电机的异常频率波动次数，判定电机是否能够在在该负载下稳定运行，并能够在判断所述电机无法在该负载下稳定运行时，使用电机转速降低系数对电机转速进行调节，实现了在提高系统运行稳定性的同时，降低了对电机的过度损耗，进而提高了系统的运行寿命，进一步提高了抽取油液的效率；

进一步地，本发明通过设置最长异常波动时间常数和对应的电机转速降低系数，能够在判断电机异常波动次数正常时，进一步地根据电机的最长异常波动时间，使用对应的电机转速降低系数对电机的转速进一步地调节，进一步地实现了在提高系统运行稳定性的同时，降低了对电机的过度损耗，进而提高了系统的运行寿命，进一步提高了抽取油液的效率；

进一步地，本发明通过设置螺杆泵转子运行温度上限常数和对应的电机转速降低系数，能够在系统判断电机稳定运行后，根据螺杆泵转子的运行温度使用对应的电机转速降低系数对电机的转速进行调节，进而调整螺杆泵的运行温度至合理范围，提高了螺杆泵的使用寿命，进一步提高了抽取油液的效率；

进一步地，本发明通过设置反制动器，能够在系统停止运行后，保护螺杆泵不反向运转，提高了螺杆泵的使用寿命，进一步地提高了抽取油液的效率。

附图说明

图1为本发明所述螺杆泵采油系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明所述螺杆泵采油系统的结构示意图。本发明所述螺杆泵采油系统包括，

驱动单元，其设置在地面上，用以在系统采油时对系统提供动力包括电机1、用以固定光杆2的光杆方卡3和用以输出采油的井口装置4，其中，电机1与光杆方卡3通过减速器相连，用以使光杆方卡3中的光杆2以对应的转速转动，井口装置4和光杆方卡3配合以使光杆2在对应位置稳定转动；所述光杆2依次贯穿所述光杆方卡3以及所述井口装置4，光杆2位于地下的端部与采油单元相连且在光杆2上还设有伸缩机构5，用以调节采油单元的采油深度；所述光杆2外还套设有伸缩套筒6；

所述采油单元，其设置在地下并与所述驱动单元相连，用以采集地底的储油，包括与所述井口装置4相连的油管7、设置在油管7内并与所述井口装置4位于地下的部分相连的螺杆泵8以及设置在螺杆泵远离所述驱动单元一端的用以筛除直径过大的颗粒物的筛管9；所述螺杆泵8包括定子10和转子11，转子与所述光杆2的端部相连，定子10与所述伸缩套筒6相连且转子11和定子10之间设有用以约束转子11转动自由度的限位器12；

检测单元，其分别设置在所述驱动单元和所述采油单元的对应部件中，用以在系统运行时分别采集对应的参数，包括设置在所述井口装置4中以检测采集的油液中颗粒物的直径数据和采集的油液的含气量及含沙量的介质指标检测装置13、设置在所述井口装置4中以检测系统出油率的流量计14、设置在所述螺杆泵8外侧壁以检测油管内油液位的油液检测装置15以及设置在所述转子11内以检测螺杆泵8温度的小型温度传感器16；

中控单元，其为一控制柜17，中控单元分别与所述驱动单元、所述采油单元以及所述检测单元中的对应部件相连，用以在系统运行过程中根据对应的参数调节对应部件的工作参数；中控单元在系统运行时根据系统的出油率对对应的执行装置的对应运行参数进行调节，当出油率过低时，中控单元根据油液液面的高度情况调节伸缩机构使得液面达到合理的高度，当出油率较低时，中控单元根据对应的出油率情况提高电机1的转速至合理的范围，当出油率较高时，中控单元检测电机1运行的稳定性及转子11的运行温度并根据电机1的运行情况及转子11的温度情况降低电机1的转速直到电机1和转子11能够稳定运行。

请继续参阅图1所示，

控制柜启动电机运行后，电机通过减速器，控制光杆方卡带动光杆转动，光杆方卡和井口装置配合固定光杆以限制其自由度，光杆带动螺杆泵中的转子转动，油管将地底的油液引向井底，转子配合定子，将通过筛管筛除后的油液抽取至井口装置，井口装置内的流量计检测油液的出油量信息、介质指标检测装置检测油液中颗粒物的直径信息并传输至控制柜，控制柜根据信息分析并调节伸缩装置及电机的转速。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过设置用以检测油液指标的介质指标检测装置、用以检测出油量的流量计、用以检测油液液面高度的油液检测装置、光杆处的伸缩装置以及与这些检测装置相连的中控单元，能够根据由出油量计算出的出油率，分析油液的各指标并根据油液液面的深度，判断如何调节伸缩机构至对应位置及如何调节电机的转速至合理值，实现了对电机、螺杆泵的高效率使用，进而实现了对油液高效且安全的采取，同时节约了能源保护了环境。

具体而言，所述中控单元中设有第一预设出油率常数α1、第二预设出油率常数α2、预设出油率常数下限指标αmin和预设出油率常数上限指标αmax，其中，αmin＜α1＜α2＜αmax；

当系统启动时，所述中控单元启动系统并进行试运行并在确认所述螺杆泵8工作状态正常时控制系统进行采油，中控单元在系统采油过程中控制所述流量计14检测系统出油的流量以计算系统的出油率α并根据α判定系统的实际运行情况，

若α＜α0，则所述中控单元判定所述螺杆泵8采油系统出油率过低，中控单元根据井下状况判断是否需将对应部件的工作参数调节至对应值；

若α0≤α＜α1,则所述中控单元判定所述电机1转速过低并根据系统的实际作业状况将所述电机1的转速提高至对应值；

若α1≤α＜α2，则所述中控单元判定所述螺杆泵8采油系统工作状态正常并不对系统中部件的工作参数进行调节；

若α2≤α＜α3，则所述中控单元判定所述螺杆泵8采油系统高负载运行，中控单元检测所述螺杆泵8采油系统的稳定性以判定是否对系统中对应部件的运行参数调节至对应值；

若α≥α3，则所述中控单元判定所述螺杆泵8采油系统过载运行，所述中控单元降低所述电机1转速直到α＜α3。

与现有的技术相比，本发明通过设置出油率常数并根据出油率的具体情况，能够判断不同出油率的情况下所需调节的对应装置的对应运行参数，实现了在各种出油率的运行状态下对所需调节的装置的精确判断。

具体而言，所述油液检测装置15测得的实际液位高度为H；所述中控单元中设有第一预设采油高度常数H1、第二预设采油高度常数H2，其中H1＜H2；所述中控单元根据所述流量计14测得的出油量计算得到的出油率差值为△α，设定△α=α0-α；所述中控单元中设有第一预设低载荷出油率差值常数△α1、第二预设低载荷出油率差值常数△α2，第一预设下降距离△H1、第二预设下降距离△H2、第三预设下降距离△H3，其中，△α1＜△α2且△H1＜△H2＜△H3；

若α＜α0，则所述中控单元判定所述螺杆泵8采油系统出油率过低，所述中控单元根据油液液面的高度做进一步判断；

若H≥H1，则所述中控单元判定所述储油充足，进一步检测油液的含沙量及油液中颗粒物的粒度信息做进一步的判断；

若H＜H1，则所述中控单元判定所述油液液面过低，所述中控单元根据△α确定下降距离△H并通过调节所述伸缩机构5以调节螺杆泵8的抽取深度至对应值；

若△α＜△α1，则所述中控单元使用第一预设下降距离△H1对所述伸缩机构5进行调节；

若△α1≤△α≤△α2，则所述中控单元使用第二预设下降距离△H2对所述伸缩机构5进行调节；

若△α＞△α2，则所述中控单元使用第三预设下降距离△H3对所述伸缩机构5进行调节；

当所述中控单元使用△H3对所述伸缩机构5进行调节后，再次检测所述螺杆泵8采油系统的出油率，若调节后测得的出油率α’＜α0，则根据出油率差值对所述伸缩机构5再次进行调节。

与现有的技术相比，本发明通过设置油液液面高度常数，并根据油液液面的高度情况与出油率差值情况，能够调节伸缩机构5精确伸长至对应的位置，调节了所述采油系统的采油深度，进而提高了采油效率。

具体而言，所述中控单元设有最大伸长量△Hmax，介质含气量上限常数Q0，当所述伸缩机构5的累计伸长量达到△Hmax时，所述介质指标检测装置13检测抽取油液的含气量Q并对比Q与Q0以判断如何调节对应装置的对应运行参数；

若Q＞Q0，则所述中控单元判定所采取的油井的油液含气量过高，实际储油量不足；

若Q≤Q0，则所述中控单元判定所述螺杆泵8存在故障或所述螺杆泵8的使用时间已达使用寿命，需更换螺杆泵8。

与现有的技术相比，本发明通过设置最大伸长量以及油液的含气量上限常数，能够在伸缩机构5伸长量达到最大值时，检测抽取的油液的含气量并根据含气量判断是否需要更换油井或更换螺杆泵8，实现了对采油系统装置的问题反馈和调节。

具体而言，所述中控单元中设有含沙量上限常数P0，所述介质指标检测装置13测得的油液含沙量为P；所述中控单元中还设有最大直径常数D0，所述介质指标测量装置测得的油液中的颗粒物的最大直径为D；

若P＞P0，则所述中控单元判定抽取油液的含沙量过高，所述中控单元判定所述油液不适合采取；

若P≤P0且D≥D0，则所述中控单元判定所述筛管9破损，所述中控元控制所述螺杆泵8采油系统制动并提示更换筛管9；

若P≤P0且D＜D0，则所述中控单元判定所述筛管9堵塞，所述中控单元提示清理筛管9。

与现有的技术相比，本发明通过设置含沙量上限常数和颗粒物最大直径常数，能够根据油液含沙量判断油液是否适合采取，并在含沙量符合规定值时根据油液中颗粒物的最大直径，判断筛管9是否堵塞或破损，实现了对采油系统装置的问题反馈和调节。

具体而言，当α0≤α＜α1，所述中控单元判定所述电机1转速过低时，所述中控单元根据出油率差值△α’将所述电机1的转速调节至对应值,其中，△α’＝α1-α，所述中控单元中设有第一预设常态出油率差值常数△α1’和第二预设常态出油率差值常数△α2’，其中△α1’＜△α2’；所述中控单元中还设有第一预设转速提高系数β1，第二预设转速提高系数β2，第三预设转速提高系数β3；

若△α’＜△α1’，则所述中控单元使用第一预设转速提高系数β1对所述电机1的转速进行调节；

若△α1’≤△α’≤△α2’，则所述中控单元使用第二预设转速提高系数β2对所述电机1的转速进行调节；

若△α’＞△α2’，则所述中控单元使用第三预设转速提高系数β3对所述电机1的转速进行调节；

若所述中控单元对电机1转速进行调节后，所述中控单元根据流量计14测得的出油量计算得到的出油率α’仍然满足α0≤α’＜α1，则所述中控单元继续根据出油率差值对所述电机1的转速进行调节。

与现有的技术相比，本发明通过设置转速提高系数，能够在出油率较低时，根据出油率的差值的具体情况，使用对应的转速提高系数对电机1的转速进行调节，实现了在低效率采油时，精确提高电机1转速以提高采油效率的目的，实现提高采油效率的同时保护了电机1，节约能源的目的。

具体而言，若α2≤α＜α3，所述中控单元判定所述螺杆泵8采油系统高负载运行时，所述中控单元根据所述电机1转动的频率异常波动次数判定是否降低电机1的转速，所述中控单元中设有频率异常波动次数上限F0，测得的频率异常波动次数为F，设有第一类电机1转速降低系数γ1；

若F≤F0，则所述中控单元初步判定所述电机1能够在该负载下稳定运行，所述中控单元根据所述电机1的异常波动时长对所述电机1的运行稳定性做进一步判断；

若F＞F0，则所述中控单元判定所述电机1无法在该负载下稳定运行，所述中控单元使用第一类电机1转速降低系数γ1对电机1的转速进行调节。

与现有的技术相比，本发明通过设置频率异常波动次数上限和对应的电机1转速降低系数，在电机1高负载运行时，根据测得的电机1的异常频率波动次数，判定电机1是否能够在在该负载下稳定运行，并能够在判断所述电机1无法在该负载下稳定运行时，使用电机1转速降低系数对电机1转速进行调节，实现了在提高系统运行稳定性的同时，降低了对电机1的过度损耗，进而提高了系统的运行寿命，进一步提高了抽取油液的效率；

具体而言，所述中控单元中设有异常波动时间上限常数G0，测得的最长异常波动时间为G，设有第二类电机1转速降低系数γ2；

若F≤F0，G≤G0，则所述中控单元最终判定所述电机1能够在该负载下稳定运行，并进一步根据转子11的运行温度对所述电机1的转速做进一步调节；

若F≤F0，G＞G0，则所述中控单元最终判定所述电机1无法在该负载下稳定运行，所述中控单元使用第二类电机1转速降低系数γ2对所述电机1的转速进行调节。

与现有的技术相比，本发明通过设置最长异常波动时间常数和对应的电机1转速降低系数，能够在判断电机1异常波动次数正常时，进一步根据电机1的最长异常波动时间，使用对应的电机1转速降低系数对电机1的转速进一步的调节，具体而言实现了在提高系统运行稳定性的同时，降低了对电机1的过度损耗，进而提高了系统的运行寿命，进一步提高了抽取油液的效率；

具体而言，所述中控单元中设有温度上限常数T0，测得的所述螺杆泵8转子11的运行温度为T，设有第三类电机1转速降低系数γ3，所述中控单元最终判定所述电机1能够在该负载下稳定运行时，根据螺杆泵8转子11的运行温度对所述电机1的转速做进一步的调节；

若T≤T0，则所述中控单元判断所述转子11的运行温度正常；

若T＞T0，则所述中控单元判断所述转子11的运行温度过高，所述中控单元使用第三类电机1转速降低系数γ3对所述电机1的转速进行调节。

本发明通过设置螺杆泵8转子11运行温度上限常数和对应的电机1转速降低系数，能够在系统判断电机1稳定运行后，根据螺杆泵8转子11的运行温度使用对应的电机1转速降低系数对电机1的转速进行调节，进而调整螺杆泵8的运行温度至合理范围，提高了螺杆泵8的使用寿命，进一步提高了抽取油液的效率。

具体而言，所述螺杆泵8采油系统中还设有反制动器，用以在所述螺杆泵8采油系统停止运行时制动所述螺杆泵8以免发生倒转现象。

本发明通过设置反制动器，能够在系统停止运行后，保护螺杆泵8不反向运转，提高了螺杆泵8的使用寿命，进一步提高了抽取油液的效率。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种螺杆泵采油系统，其特征在于，包括：驱动单元，其设置在地面上，用以在系统采油时对系统提供动力包括电机、用以固定光杆的光杆方卡和用以输出采油的井口装置，其中，电机与光杆方卡通过减速器相连，用以使光杆方卡中的光杆以对应的转速转动，井口装置和光杆方卡配合以使光杆在对应位置稳定转动；所述光杆依次贯穿所述光杆方卡以及所述井口装置，光杆位于地下的端部与采油单元相连且在光杆上还设有伸缩机构，用以调节采油单元的采油深度；所述光杆外还套设有伸缩套筒；

所述采油单元，其设置在地下并与所述驱动单元相连，用以采集地底的储油，包括与所述井口装置相连的油管、设置在油管内并与所述井口装置位于地下的部分相连的螺杆泵以及设置在螺杆泵远离所述驱动单元一端的用以筛除直径过大的颗粒物的筛管；所述螺杆泵包括定子和转子，转子与所述光杆的端部相连，定子与所述伸缩套筒相连且转子和定制之间设有用以约束转子转动自由度的限位器；

检测单元，其分别设置在所述驱动单元和所述采油单元的对应部件中，用以在系统运行时分别采集对应的参数，包括设置在所述井口装置中以检测采集的油液中颗粒物的直径数据和采集的油液的含气量及含沙量的介质指标检测装置、设置在所述井口装置中以检测系统出油率的流量计、设置在所述螺杆泵外侧壁以检测油管内油液位的油液检测装置以及设置在所述转子内以检测螺杆泵温度的小型温度传感器；

中控单元，其为一控制柜，中控单元分别与所述驱动单元、所述采油单元以及所述检测单元中的对应部件相连，用以在系统运行过程中根据对应的参数调节对应部件的工作参数；中控单元在系统运行时根据系统的出油率对对应的执行装置的对应运行参数进行调节，当出油率过低时，中控单元根据油液液面的高度情况调节伸缩机构使得液面达到合理的高度，当出油率较低时，中控单元根据对应的出油率情况提高电机的转速至合理的范围，当出油率较高时，中控单元检测电机运行的稳定性及转子的运行温度并根据电机的运行情况及转子的温度情况降低电机的转速直到电机和转子能够稳定运行。

2.根据权利要求1所述的一种螺杆泵采油系统，其特征在于，所述中控单元中设有第一预设出油率常数α1、第二预设出油率常数α2、预设出油率常数下限指标αmin和预设出油率常数上限指标αmax，其中，αmin＜α1＜α2＜αmax；

当系统启动时，所述中控单元启动系统并进行试运行并在确认所述螺杆泵工作状态正常时控制系统进行采油，中控单元在系统采油过程中控制所述流量计检测系统出油的流量以计算系统的出油率α并根据α判定系统的实际运行情况，

若α＜α0，则所述中控单元判定所述螺杆泵采油系统出油率过低，中控单元根据井下状况判断是否需将对应部件的工作参数调节至对应值；

若α0≤α＜α1,则所述中控单元判定所述电机转速过低并根据系统的实际作业状况将所述电机的转速提高至对应值；

若α1≤α＜α2，则所述中控单元判定所述螺杆泵采油系统工作状态正常并不对系统中部件的工作参数进行调节；

若α2≤α＜α3，则所述中控单元判定所述螺杆泵采油系统高负载运行，中控单元检测所述螺杆泵采油系统的稳定性以判定是否对系统中对应部件的运行参数调节至对应值；

若α≥α3，则所述中控单元判定所述螺杆泵采油系统过载运行，所述中控单元降低所述电机转速直到α＜α3。

3.根据权利要求2所述的一种螺杆泵采油系统，其特征在于，所述油液检测装置测得的实际液位高度为H；所述中控单元中设有第一预设采油高度常数H1、第二预设采油高度常数H2，其中H1＜H2；所述中控单元根据所述流量计测得的出油量计算得到的出油率差值为△α，设定△α=α0-α；所述中控单元中设有第一预设低载荷出油率差值常数△α1、第二预设低载荷出油率差值常数△α2，第一预设下降距离△H1、第二预设下降距离△H2、第三预设下降距离△H3，其中，△α1＜△α2且△H1＜△H2＜△H3；

若α＜α0，则所述中控单元判定所述螺杆泵采油系统出油率过低，所述中控单元根据油液液面的高度做进一步判断；

若H≥H1，则所述中控单元判定所述储油充足，进一步检测油液的含沙量及油液中颗粒物的粒度信息做进一步的判断；

若H＜H1，则所述中控单元判定所述油液液面过低，所述中控单元根据△α确定下降距离△H并通过调节所述伸缩机构以调节螺杆泵的抽取深度至对应值；

若△α＜△α1，则所述中控单元使用第一预设下降距离△H1对所述伸缩机构进行调节；

若△α1≤△α≤△α2，则所述中控单元使用第二预设下降距离△H2对所述伸缩机构进行调节；

若△α＞△α2，则所述中控单元使用第三预设下降距离△H3对所述伸缩机构进行调节；

当所述中控单元使用△H3对所述伸缩机构进行调节后，再次检测所述螺杆泵采油系统的出油率，若调节后测得的出油率α’＜α0，则根据出油率差值对所述伸缩机构再次进行调节。

4.根据权利要求3所述的一种螺杆泵采油系统，其特征在于，所述中控单元设有最大伸长量△Hmax，介质含气量上限常数Q0，当所述伸缩机构的累计伸长量达到△Hmax时，所述介质指标检测装置检测抽取油液的含气量Q并对比Q与Q0以判断如何调节对应装置的对应运行参数；

若Q＞Q0，则所述中控单元判定所采取的油井的油液含气量过高，实际储油量不足；

若Q≤Q0，则所述中控单元判定所述螺杆泵存在故障或所述螺杆泵的使用时间已达使用寿命，需更换螺杆泵。

5.根据权利要求3所述的一种螺杆泵采油系统，其特征在于，

所述中控单元中设有含沙量上限常数P0，所述介质指标检测装置测得的油液含沙量为P；所述中控单元中还设有最大直径常数D0，所述介质指标测量装置测得的油液中的颗粒物的最大直径为D；

若P＞P0，则所述中控单元判定抽取油液的含沙量过高，所述中控单元判定所述油液不适合采取；

若P≤P0且D≥D0，则所述中控单元判定所述筛管破损，所述中控元控制所述螺杆泵采油系统制动并提示更换筛管；

若P≤P0且D＜D0，则所述中控单元判定所述筛管堵塞，所述中控单元提示清理筛管。

6.根据权利要求2所述的一种螺杆泵采油系统，其特征在于，当α0≤α＜α1，所述中控单元判定所述电机转速过低时，所述中控单元根据出油率差值△α’将所述电机的转速调节至对应值,其中，△α’＝α1-α，所述中控单元中设有第一预设常态出油率差值常数△α1’和第二预设常态出油率差值常数△α2’，其中△α1’＜△α2’；所述中控单元中还设有第一预设转速提高系数β1，第二预设转速提高系数β2，第三预设转速提高系数β3；

若△α’＜△α1’，则所述中控单元使用第一预设转速提高系数β1对所述电机的转速进行调节；

若△α1’≤△α’≤△α2’，则所述中控单元使用第二预设转速提高系数β2对所述电机的转速进行调节；

若△α’＞△α2’，则所述中控单元使用第三预设转速提高系数β3对所述电机的转速进行调节；

若所述中控单元对电机转速进行调节后，所述中控单元根据流量计测得的出油量计算得到的出油率α’仍然满足α0≤α’＜α1，则所述中控单元继续根据出油率差值对所述电机的转速进行调节。

7.根据权利要求2所述的一种螺杆泵采油系统，其特征在于，若α2≤α＜α3，所述中控单元判定所述螺杆泵采油系统高负载运行时，所述中控单元根据所述电机转动的频率异常波动次数判定是否降低电机的转速，所述中控单元中设有频率异常波动次数上限F0，测得的频率异常波动次数为F，设有第一类电机转速降低系数γ1；

若F≤F0，则所述中控单元初步判定所述电机能够在该负载下稳定运行，所述中控单元根据所述电机的异常波动时长对所述电机的运行稳定性做进一步判断；

若F＞F0，则所述中控单元判定所述电机无法在该负载下稳定运行，所述中控单元使用第一类电机转速降低系数γ1对电机的转速进行调节。

8.根据权利要求7所述的一种螺杆泵采油系统，其特征在于，所述中控单元中设有异常波动时间上限常数G0，测得的最长异常波动时间为G，设有第二类电机转速降低系数γ2；

若F≤F0，G≤G0，则所述中控单元最终判定所述电机能够在该负载下稳定运行，并进一步根据转子的运行温度对所述电机的转速做进一步调节；

若F≤F0，G＞G0，则所述中控单元最终判定所述电机无法在该负载下稳定运行，所述中控单元使用第二类电机转速降低系数γ2对所述电机的转速进行调节。

9.根据权利要求8所述的一种螺杆泵采油系统，其特征在于，所述中控单元中设有温度上限常数T0，测得的所述螺杆泵转子的运行温度为T，设有第三类电机转速降低系数γ3，所述中控单元最终判定所述电机能够在该负载下稳定运行时，根据螺杆泵转子的运行温度对所述电机的转速做进一步的调节；

若T≤T0，则所述中控单元判断所述转子的运行温度正常；

若T＞T0，则所述中控单元判断所述转子的运行温度过高，所述中控单元使用第三类电机转速降低系数γ3对所述电机的转速进行调节。

10.根据权利要求1所述的一种螺杆泵采油系统，其特征在于，所述螺杆泵采油系统中还设有反制动器，用以在所述螺杆泵采油系统停止运行时制动所述螺杆泵以免发生倒转现象。

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