CN118029973B - 一种具有钢丝绳状态监测装置的抽油机 - Google Patents
一种具有钢丝绳状态监测装置的抽油机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种具有钢丝绳状态监测装置的抽油机，具有抽油装置、钢丝绳、钢丝绳收放装置、电机和电机控制系统，电机控制系统包括电机电压检测装置、电机电流检测装置和/或电机功率检测装置，电机控制系统还包括钢丝绳状态监测装置，钢丝绳状态监测装置用于获取并处理来自电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置中至少一个的数据，用于根据电机的电流值、电压值和/或功率值，按照第一预设判断条件，确定钢丝绳的工作状态。通过获取电机的工作电压、工作电流、工作功率，在不额外增加检测装置的基础上，能够准确、快速地获知钢丝绳的工作状态，达到低成本、可靠地保证抽油机的正常运行的效果。
Description
技术领域
本发明涉及采油技术领域，具体地涉及一种具有钢丝绳状态监测装置的抽油机。
背景技术
当前，石油的开采主要是通过位于地面的抽油机，通过钻出的油井将石油从地下抽汲上来。而抽油机通常采用钢丝绳连接并驱动位于油井中的抽油装置，通过钢丝绳的牵引抽油装置的上下移动，将油井中的石油汲取到地面；在此过程中，钢丝绳需要承受抽油装置及石油的负载，其工作状况比较恶劣，容易造成钢丝绳的断裂、松动、打结等故障，从而影响了抽油机的正常工作。而对钢丝绳的状态进行监测，成为了保证抽油机正常工作的迫切要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种具有状态监测装置的抽油机，能够实现及时、高效、准确地识别抽油机的钢丝绳的状态，及早发现故障以便于故障处理和排除。
第一方面，本发明公开了一种具有钢丝绳状态监测装置的抽油机，具有抽油装置、钢丝绳、钢丝绳收放装置、电机和电机控制系统，钢丝绳的一端与抽油装置连接，钢丝绳的另一端绕设在钢丝绳收放装置上，钢丝绳收放装置由电机驱动以控制钢丝绳的回收和释放，电机控制系统与电机相连并用于控制电机的运行；电机控制系统包括电机电压检测装置、电机电流检测装置和/或电机功率检测装置，电机控制系统还包括钢丝绳状态监测装置，钢丝绳状态监测装置用于获取并处理来自电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置中至少一个的数据，用于根据电机的电流值、电压值和/或功率值，按照第一预设判断条件，确定钢丝绳的工作状态。
在一些实施方式中，电机控制系统包括变频器，变频器与电机电连接，用以控制输送至电机的电流、电压和/或功率。
在一些实施方式中，变频器具有电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置中的至少一个。
在一些实施方式中，抽油机还具有钢丝绳收放长度传感器，钢丝绳收放长度传感器被设置位于油井口处，用以检测钢丝绳的收放长度；钢丝绳状态监测装置能够获取钢丝绳收放长度传感器的数据。
在一些实施方式中，钢丝绳状态监测装置用于根据电机的电流值、电压值和/或功率值，以及钢丝绳的收放长度，按照第二预设判断条件，确定钢丝绳的工作状态。
在一些实施方式中，钢丝绳状态监测装置还包括钢丝绳卷绕状态监测模块，钢丝绳卷绕状态监测模块用于获取钢丝绳收放长度传感器的数据以及电机的转角数据，并按照第三预设判断条件，确定钢丝绳的卷绕状态。
第二方面，本发明公开了一种抽油机运行状态监测方法，其基于第一方面所述的具有钢丝绳状态监测装置的抽油机而运行；抽油机运行状态监测方法包括：
获取电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置中至少一个的数据；
响应于数据符合第一预设判断条件，确定钢丝绳的工作状态。
在一些实施方式中，第一预设判断条件为：在抽油机上行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为正值，则钢丝绳的工作状态为正常；在抽油机下行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为负值，则钢丝绳的工作状态为正常；在抽油机上行或下行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为零，则钢丝绳的工作状态为异常。
在一些实施方式中，抽油机运行状态监测方法还包括：获取钢丝绳的收放长度；响应于数据符合第二预设判断条件，确定钢丝绳的工作状态。其中，第二预设判断条件为：在抽油机上行或下行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为零，当钢丝绳的收放长度变大，则确定钢丝绳发生断裂；当钢丝绳的收放长度不变化，则确定抽油装置发生卡滞或者钢丝绳的释放速度大于抽油装置的下降速度。
在一些实施方式中，抽油机运行状态监测方法还包括：获取钢丝绳的收放长度，以及电机的转角，通过电机转角计算钢丝绳收放装置的转动位移；响应于数据符合第三预设判断条件，确定钢丝绳的卷绕状态。其中，第三预设判断条件为：在抽油机上行或下行过程中，当钢丝绳的收放长度与钢丝绳收放装置的转动位移的差值小于第一阈值时，则确定钢丝绳的卷绕为正常；当钢丝绳的收放长度与钢丝绳收放装置的转动位移的差值大于第一阈值时，则确定钢丝绳的卷绕为异常。
实施本发明，具有如下有益效果：通过本发明的具有钢丝绳状态监测装置的抽油机以及抽油机运行状态监测方法，通过获取电机的工作电压、工作电流、工作功率，在不额外增加检测装置的基础上，能够准确、快速地获知钢丝绳的工作状态，达到可靠地保证抽油机的正常运行的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明实施例提供的抽油机的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的抽油机的钢丝绳状态监测装置的示意图。
图3是本发明实施例提供的抽油机运行状态监测方法的流程图。
附图标记：1. 抽油装置；2. 钢丝绳；3. 钢丝绳收放装置；4. 电机；5. 电机控制系统；6. 钢丝绳收放长度传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为解决现有的抽油机无法识别钢丝绳的工作状态，使得钢丝绳发生故障而无法及时处理，进而影响抽油机的正常运行，本发明提出一种具有钢丝绳状态监测装置的抽油机，能够实现及时、高效、准确地识别抽油机的钢丝绳的状态，及早发现故障以便于故障处理和排除。
如图1所示，本发明公开了一种具有钢丝绳 状态监测装置的抽油机，具有抽油装置1、钢丝绳2、钢丝绳收放装置3、电机4和电机控制系统5。其中，抽油机位于油井的上方，尤其，抽油装置1位于油井中，通过抽油装置1在油井中的上下往复运动，能够将位于地下的油井中的原油汲取到地面，从而达到获取地下原油的目的。
钢丝绳2的一端与抽油装置1连接，钢丝绳2的另一端绕设在钢丝绳收放装置3上。在此，钢丝绳收放装置3可以为大型的卷扬机，钢丝绳2的一端与钢丝绳收放装置3固定连接，并且钢丝绳2的本体可以在钢丝绳收放装置3进行逐圈地缠绕，用以将长度较长的钢丝绳2能够收纳在一个较小的空间中。同时，钢丝绳收放装置3可以被驱动进行正转和反转。由于钢丝绳2的一端与抽油装置1相连，那么在抽油机工作过程中，特别是抽油机上行时，钢丝绳2需要承受抽油装置1和原油的重力以及抽油装置1在油井中的摩擦力、粘滞阻力等负载，因而，在抽油机上行过程中，也即抽油装置1上行时，需要钢丝绳收放装置3转动以拉动钢丝绳2收回，此时，电机4为电动机状态，电机4消耗电能以驱动钢丝绳收放装置3转动。而在抽油机下行时，钢丝绳2受到抽油装置1的重力拖动，使得钢丝绳2拖动钢丝绳收放装置3转动，进而钢丝绳收放装置3拖动电机4转动（此时为反转），电机4此时作为发电机状态运行，电机4被驱动进而产生电能，并能够通过设置输出装置以将产生的电能输送出去。
对于电机4的控制，如图1所示，抽油机还包括电机控制系统5，电机控制系统5与电机4电连接，并对电机4的工作状态进行控制和调整。在抽油装置1上行时，电机控制系统5输出对应功率的电能给电机4以驱动钢丝绳收放装置3转动进而使得钢丝绳2拉动抽油装置1上行；并用以在抽油装置1下行时，将电机4产生的电能输送出去。
如图2所示，电机控制系统5包括电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置既能够检测电机4消耗的电能，也能够检测电机4产生的电能，具体在数值方面，可以认定电机4消耗电能的状态下，检测到的电压、电流、功率的值为正值，而电机4产生电能的状态下，检测到的电压、电流、功率的值为负值。具体地，电机控制系统5可以包括变频器，变频器用以将获取的直流或交流电源进行变频处理，从而能够更有效、更节能地驱动电机4；变频器可以包括电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置，从而变频器本身就能够获取电机的电压、电流、功率等数据，此为变频器的通常功能，在此不做赘述。
电机控制系统5还包括钢丝绳状态监测装置，钢丝绳状态监测装置用于获取并处理来自电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置中至少一个的数据，用于根据电机的电流值、电压值和/或功率值，按照第一预设判断条件，确定钢丝绳的工作状态。其中，第一预设判断条件为：在抽油机上行过程中，如果检测到的电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为正值，也即电机4消耗电能来驱动钢丝绳收放装置3转动，进而拉动钢丝绳2驱动抽油装置1上行，那么则确定钢丝绳2的工作状态为正常。而在抽油机下行过程中，如果检测到的电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为负值，也即抽油装置1反向拖动钢丝绳2释放，钢丝绳2则拖动钢丝绳收放装置3反向转动，而钢丝绳收放装置3的反向转动则驱动电机4反向转动，此时证明钢丝绳2承受抽油装置1的重力并传递至电机4，则确定钢丝绳2的工作状态为正常。而在抽油机上行或下行过程中，当检测到的电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为零，此时证明电机4与钢丝绳2之间并没有相互作用力，那么钢丝绳2可能出现断裂情况或者可能出现抽油装置1卡死的情况，使得钢丝绳2处于不受力的状态，则确定钢丝绳2的工作状态为异常。
在一些实施方式中，如图1所示，抽油机还具有钢丝绳收放长度传感器6，钢丝绳收放长度传感器6被设置位于油井口处，用以检测钢丝绳2的收放长度。钢丝绳收放长度传感器6既能够在抽油机下行过程中检测钢丝绳2的释放长度，也能够在抽油机上行过程中检测钢丝绳2的回收长度。钢丝绳状态监测装置能够获取钢丝绳收放长度传感器6检测到的数据。
在一些实施方式中，钢丝绳状态监测装置用于根据电机的电流值、电压值和/或功率值，以及钢丝绳2的收放长度，按照第二预设判断条件，确定钢丝绳2的工作状态。
具体地，第二预设判断条件为：在抽油机上行或下行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为零，也即此时钢丝绳2与电机4之间不产生相互作用力，如果钢丝绳2的释放或回收长度变大，则确定钢丝绳2发生断裂，此时情况紧急，钢丝绳状态监测装置发出报警信号，抽油机当立即停止运行。而当检测到的钢丝绳2的收放长度不变化，证明此时抽油装置1可能发生了卡滞，从而电机4并不受力，或者电机4或者钢丝绳收放装置3释放钢丝绳2的速度过快，比抽油装置1的下降速度快，也会造成钢丝绳2的不受力， 则确定抽油装置1发生卡滞或者钢丝绳2的释放速度大于抽油装置1的下降速度。
由此，通过结合电机4的状态数据以及井口处钢丝绳2的长度数据，来综合判断钢丝绳2的状态，能够达到更准确、有效地监测钢丝绳2的状态的目的。
当然，也可以将钢丝绳收放长度传感器6设置在其他位置，比如钢丝绳收放装置3处或者油井架处；也可以设置多个钢丝绳收放长度传感器6，并设置在不同的位置处。同时，对于钢丝绳收放长度传感器6检测的钢丝绳2的数据，既能够以长度数据进行判断，也可以对测量到的长度数据进行微分处理，得到钢丝绳2的释放速度或回收速度，并基于钢丝绳2的释放速度或回收速度来判断钢丝绳2的工作状态。
在一些实施方式中，钢丝绳状态监测装置还包括钢丝绳卷绕状态监测模块，钢丝绳卷绕状态监测模块用于获取钢丝绳收放长度传感器6的数据以及电机4的转角数据，并基于电机4的转角数据，计算钢丝绳收放装置3的对应的转动位移，也即得到钢丝绳2在钢丝绳收放装置3的缠绕长度；通过对比钢丝绳收放长度传感器6的数据与钢丝绳2在钢丝绳收放装置3的缠绕长度，并按照第三预设判断条件，确定钢丝绳2的卷绕状态。
具体地，第三预设判断条件为：在抽油机上行或下行过程中，当钢丝绳2的收放长度与钢丝绳收放装置3的转动位移的差值小于第一阈值时，也即表征钢丝绳2是按照预定的排列顺序在钢丝绳收放装置3上顺序进行卷绕，则确定钢丝绳2的卷绕为正常。而当钢丝绳2的收放长度与钢丝绳收放装置3的转动位移的差值大于第一阈值时，也即表征钢丝绳2在钢丝绳收放装置3上的缠绕出现了重匝、跳匝、重叠、扭曲等异常情况，钢丝绳2的收放长度要比钢丝绳收放装置3的正常卷绕位移更大，也即说明钢丝绳2在钢丝绳收放装置3上出现了异常的卷绕，这会给钢丝绳2造成过度的磨损，甚至造成钢丝绳2的释放不稳定等问题，此时则确定钢丝绳的卷绕为异常，钢丝绳卷绕状态监测模块应当发出警报。
第二方面，本发明公开了一种抽油机运行状态监测方法，其基于第一方面所述的具有状态监测装置的抽油机而运行；如图3所示，抽油机运行状态监测方法包括：
步骤S1：获取电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置中至少一个的数据。
步骤S2：响应于数据符合第一预设判断条件，确定钢丝绳的工作状态。
在一些实施方式中，第一预设判断条件为：在抽油机上行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为正值，则确定钢丝绳2的工作状态为正常。在抽油机下行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为负值，则确定钢丝绳2的工作状态为正常。在抽油机上行或下行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为零，则确定钢丝绳2的工作状态为异常。
在一些实施方式中，抽油机运行状态监测方法还包括：获取钢丝绳2的收放长度；响应于数据符合第二预设判断条件，确定钢丝绳2的工作状态。其中，第二预设判断条件为：在抽油机上行或下行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为零，如果钢丝绳2的释放或回收长度变大，则确定钢丝绳2发生断裂，此时情况紧急，钢丝绳状态监测装置发出报警信号，抽油机当立即停止运行。而当检测到的钢丝绳2的收放长度不变化，证明此时抽油装置1可能发生了卡滞，从而电机4并不受力，或者电机4或者钢丝绳收放装置3释放钢丝绳2的速度过快，比抽油装置1的下降速度快，也会造成钢丝绳2的不受力， 则确定抽油装置1发生卡滞或者钢丝绳2的释放速度大于抽油装置1的下降速度。
在一些实施方式中，抽油机运行状态监测方法还包括：获取钢丝绳2的收放长度，以及电机4的转角，通过电机转角计算钢丝绳收放装置3的转动位移；响应于数据符合第三预设判断条件，确定钢丝绳2的卷绕状态。其中，第三预设判断条件为：在抽油机上行或下行过程中，当钢丝绳2的收放长度与钢丝绳收放装置3的转动位移的差值小于第一阈值时，则确定钢丝绳2的卷绕为正常；当钢丝绳2的收放长度与钢丝绳收放装置3的转动位移的差值大于第一阈值时，则确定钢丝绳2的卷绕为异常。
实施本发明，具有如下有益效果：通过本发明的具有状态监测装置的抽油机以及抽油机运行状态监测方法，通过获取电机的工作电压、工作电流、工作功率，在不额外增加检测装置的基础上，能够准确、快速地获知钢丝绳的工作状态，达到可靠地保证抽油机的正常运行的效果。
以上所揭露的仅为本发明的几个较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (3)
1.一种具有钢丝绳状态监测装置的抽油机，具有抽油装置、钢丝绳、钢丝绳收放装置、电机和电机控制系统，钢丝绳的一端与抽油装置连接，钢丝绳的另一端绕设在钢丝绳收放装置上，钢丝绳收放装置由电机驱动以控制钢丝绳的回收和释放，电机控制系统与电机相连并用于控制电机的运行；电机控制系统包括电机电压检测装置、电机电流检测装置和/或电机功率检测装置，电机控制系统还包括钢丝绳状态监测装置，钢丝绳状态监测装置用于获取并处理来自电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置中至少一个的数据，用于根据电机的电流值、电压值和/或功率值，按照第一预设判断条件，确定钢丝绳的工作状态；所述第一预设判断条件为：在抽油机上行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为正值，则钢丝绳的工作状态为正常；在抽油机下行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为负值，则钢丝绳的工作状态为正常；在抽油机上行或下行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为零，则钢丝绳的工作状态为异常；
抽油机还具有钢丝绳收放长度传感器，钢丝绳收放长度传感器被设置位于油井口处，用以检测钢丝绳的收放长度；钢丝绳状态监测装置能够获取钢丝绳收放长度传感器的数据；
钢丝绳状态监测装置用于根据电机的电流值、电压值和/或功率值，以及钢丝绳的收放长度，按照第二预设判断条件，确定钢丝绳的工作状态；电机控制系统包括变频器，变频器与电机电连接，用以控制输送至电机的电流、电压和/或功率；变频器具有电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置中的至少一个；钢丝绳状态监测装置还包括钢丝绳卷绕状态监测模块，钢丝绳卷绕状态监测模块用于获取钢丝绳收放长度传感器的数据以及电机的转角数据，并按照第三预设判断条件，确定钢丝绳的卷绕状态。
2.一种抽油机运行状态监测方法，其基于如权利要求1所述的具有钢丝绳状态监测装置的抽油机而运行；抽油机运行状态监测方法包括：
步骤 S1：获取电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置中至少一个的数据；
步骤 S2：响应于数据符合第一预设判断条件，确定钢丝绳的工作状态；其中，第一预设判断条件为：在抽油机上行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为正值，则钢丝绳的工作状态为正常；在抽油机下行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为负值，则钢丝绳的工作状态为正常；在抽油机上行或下行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为零，则钢丝绳的工作状态为异常；
抽油机运行状态监测方法还包括：获取钢丝绳的收放长度；响应于数据符合第二预设判断条件，确定钢丝绳的工作状态；其中，第二预设判断条件为：在抽油机上行或下行过程中，电机电压检测装置、电机电流检测装置、电机功率检测装置的数据为零，当钢丝绳的收放长度变大，则确定钢丝绳发生断裂；当钢丝绳的收放长度不变化，则确定抽油装置发生卡滞或者钢丝绳的释放速度大于抽油装置的下降速度。
3. 根据权利要求 2所述的抽油机运行状态监测方法，其特征在于，抽油机运行状态监测方法还包括：获取钢丝绳的收放长度，以及电机的转角，通过电机转角计算钢丝绳收放装置的转动位移；响应于数据符合第三预设判断条件，确定钢丝绳的卷绕状态；其中，第三预设判断条件为：在抽油机上行或下行过程中，当钢丝绳的收放长度与钢丝绳收放装置的转动位移的差值小于第一阈值时，则确定钢丝绳的卷绕为正常；当钢丝绳的收放长度与钢丝绳收放装置的转动位移的差值大于第一阈值时，则确定钢丝绳的卷绕为异常。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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