EA007102B1 - Система и способ управления возвратно-поступательным насосом - Google Patents

Система и способ управления возвратно-поступательным насосом Download PDF

Info

Publication number
EA007102B1
EA007102B1 EA200400800A EA200400800A EA007102B1 EA 007102 B1 EA007102 B1 EA 007102B1 EA 200400800 A EA200400800 A EA 200400800A EA 200400800 A EA200400800 A EA 200400800A EA 007102 B1 EA007102 B1 EA 007102B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
speed
crank
profile
speed profile
pump
Prior art date
Application number
EA200400800A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200400800A1 (ru
Inventor
Джефф Ватсон
Рамеш Аггарвал
Хари Упадхиай
Original Assignee
Полифэйз Энджинирд Контролс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=32175369&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EA007102(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Полифэйз Энджинирд Контролс filed Critical Полифэйз Энджинирд Контролс
Publication of EA200400800A1 publication Critical patent/EA200400800A1/ru
Publication of EA007102B1 publication Critical patent/EA007102B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B47/00—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
    • F04B47/02—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps the driving mechanisms being situated at ground level
    • F04B47/022—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps the driving mechanisms being situated at ground level driving of the walking beam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06—Control using electricity
    • F04B49/065—Control using electricity and making use of computers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00—Pump parameters
    • F04B2201/02—Piston parameters
    • F04B2201/0202—Linear speed of the piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00—Pump parameters
    • F04B2201/12—Parameters of driving or driven means
    • F04B2201/1201—Rotational speed of the axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00—Motor parameters
    • F04B2203/02—Motor parameters of rotating electric motors
    • F04B2203/0204—Frequency of the electric current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00—Motor parameters
    • F04B2203/02—Motor parameters of rotating electric motors
    • F04B2203/0207—Torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00—Motor parameters
    • F04B2203/02—Motor parameters of rotating electric motors
    • F04B2203/0209—Rotational speed

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

Система управления скоростью станка-качалки включает интерфейс пользователя, контроллер и привод с бесступенчатым регулированием скорости. Интерфейс пользователя включает математическое представление геометрической конфигурации качалки, позволяющее производить преобразование профилей скорости насосной штанги в профили скорости кривошипа.

Description

Настоящее изобретение касается системы изменения скорости возвратно-поступательного насоса с вращательным приводом. Конкретнее, оно касается способа и аппарата для контроля внутрицикловой скорости насосной штанги станка-качалки.
Известный уровень техники
Возвратно-поступательные насосы, такие как станки-качалки, обычно работают с фиксированной скоростью вращения электродвигателя на протяжении оборота плеча кривошипа. Скорость, ускорение и положение линейного перемещения, прикладываемые к колонне насосных штанг в головке балансира, определяются скоростью, ускорением и положением плеча кривошипа и геометрией станка-качалки. Геометрия типичного станка-качалки изображена на фиг. 1. Обычная работа станка-качалки заключается в поддержании постоянной скорости кривошипа. В результате, геометрия качалки определяет скорость насосной шланги, движущейся по кривой, имеющей форму синусоиды.
Регулировка с целью оптимизации производительности скважины исторически была связана с изменением геометрии насоса или осуществлялась за счет увеличения или уменьшения общей скорости вращения кривошипа. Обычно скорость кривошипа остается фиксированной на протяжении цикла и динамические свойства насоса определяются геометрией.
Были реализованы способы, в которых скорость меняется на протяжении такта, обычно с увеличением скорости при ходе вверх с целью максимального увеличения эффективности и уменьшением скорости при ходе вниз - во избежание удара о столб флюида. Например, в патенте США № 4102394 раскрыта система управления для электродвигателя с регулируемой частотой вращения, используемого в качестве привода станка-качалки. Утверждается, что система управления позволяет обеспечить большую скорость хода вверх по сравнению со скоростью хода вниз и изменение частоты хода в зависимости от уровней нефти в скважине и в емкости хранилища. Однако детальное описание системы управления не приводится. Кроме того, система не позволяет реализовать заданные профили скорости.
Таким образом, в данной области техники существует потребность в системе управления, включающей способы и аппараты и обеспечивающей удобный и полный контроль скорости кривошипа и скорости насосной шланги на протяжении тактового цикла.
Сущность изобретения
В общем смысле, изобретение включает систему управления скоростью для балансирной насосной установки с приводом от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. Система позволяет пользователю контролировать динамические характеристики процесса откачивания за счет регулировки с целью компенсации геометрии насосной установки. По существу динамические характеристики и движение колонны насосных штанг отделены от геометрии насосной установки. Система включает электрические и электронные аппаратные средства, численные методы, программно реализованные алгоритмы и дизайн интерфейса пользователя, позволяющие управлять насосной установкой и профилями скорости, предназначенными для управления движением насосной штанги и динамическими характеристиками при обеспечении компенсации геометрии конкретной используемой насосной установки.
В одном аспекте изобретение может включать систему управления, предназначенную для регулирования скорости насосной штанги насосной установки определенной геометрии, включающей электродвигатель с регулируемой частотой вращения и вращающееся плечо кривошипа, которая включает:
(a) привод переменной частоты для обеспечения уставки скорости для двигателя;
(b) контроллер, функционально связанный с приводом переменной частоты, включающий средства задания значений уставки скорости в соответствии с профилем скорости кривошипа; и (c) процессор, включающий средства для создания профиля скорости кривошипа и передачи профиля скорости кривошипа контроллеру.
Система предпочтительно дополнительно включает память, содержащую математическое представление геометрии насосной установки, причем процессор дополнительно включает средства для создания профиля скорости насосной штанги и средства преобразования профиля скорости насосной штанги в профиль скорости кривошипа.
В другом аспекте изобретение может включать способ контроля скорости насосной штанги насосной установки, имеющей определенную геометрию и включающей привод с переменной частотой, электродвигатель с регулируемой частотой вращения и вращающееся плечо кривошипа, который включает следующие стадии:
(a) создание математической модели геометрии насосной установки;
(b) получение от пользователя профиля скорости насосной штанги или профиля скорости кривошипа;
(c) преобразование профиля скорости насосной штанги в профиль скорости кривошипа с использованием математической модели, если будет получен профиль скорости насосной штанги; и (б) задание уставки скорости приводу переменной частоты в соответствии с профилем скорости кривошипа.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет далее описано на примере варианта исполнения со ссылками на прилагаемые упрощенные, схематичные, выполненные без соблюдения масштаба чертежи. На чертежах:
- 1 007102 фиг. 1 (известный уровень техники) представляет собой схематическое изображение геометрии обычного станка-качалки, в котором могут быть реализованы способ или система по настоящему изобретению;
фиг. 2 представляет собой графическое изображение обычного постоянного профиля скорости кривошипа и синусоидального профиля скорости насосной штанги;
фиг. 3 представляет собой схематическое изображение одного варианта исполнения системы управления скоростью качалки;
фиг. 4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую схематическое изображение варианта исполнения, представленного на фиг. 3;
фиг. 5 изображает окно компьютерной программы, показывающее компьютерное отображение геометрии качалки;
фиг. 6 изображает окно компьютерной программы, показывающее линейный профиль скорости насосной штанги;
фиг. 7 изображает окно компьютерной программы, показывающее линейный профиль скорости кривошипа;
фиг. 8 изображает окно компьютерной программы, показывающее моделированный профиль скорости кривошипа, определенный на основании линейного профиля скорости насосной штанги, изображенного на фиг. 6;
фиг. 9 представляет собой блок-схему процесса ввода профиля скорости;
фиг. 10 представляет собой блок-схему процесса регулирования скорости.
Детальное описание изобретения
Настоящее изобретение предлагает систему управления скоростью для балансирной насосной установки с приводом от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. При описании настоящего изобретения все термины, не определенные тут, имеют обычные технические значения.
Обычная балансирная насосная установка изображена на фиг. 1. Специалистам хорошо известно, что геометрия насосной установки преобразует вращательное движение плеча кривошипа в вертикальнолинейное возвратно-поступательное движение устьевого сальникового штока и насосных штанг. В том значении, которое используется здесь, отдельный насосный цикл такой насосной установки определяется одним полным оборотом плеча кривошипа. Можно считать, что отдельный насосный цикл начинается в тот момент, когда колонна насосных штанг достигает своей низшей точки, и продолжается на протяжении периода времени, в течение которого колонна насосных штанг поднимается, меняет направление движения и снова опускается в исходное положение. Если предположить, что скорость кривошипа постоянна, то скорость насосной штанги будет описываться кривой синусоидальной формы, достигая нуля в высшей и низшей точках хода насосной штанги и ускоряясь до достижения максимальной скорости между этими точками, как показано на фиг. 2.
Для преобразования скорости вращения кривошипа, измеряемой обычно в градусах в секунду, в линейную скорость насосной штанги, обычно измеряемую в метрах в секунду, необходимо знать размеры и конфигурацию разных компонентов насосной установки. В данном описании эти параметры называются геометрией насосной установки, и они могут быть выражены математически для вывода уравнений преобразования скорости насосной штанги в скорость кривошипа. Разработка такой математической модели для любой заданной геометрии насосной установки под силу квалифицированному специалисту в данной области техники.
В том значении, которое используется здесь, профиль скорости представляет собой набор значений скорости на протяжении периода отдельного насосного цикла и может быть изображен графически, как показано на фиг. 2. На фиг. 2 профиль скорости кривошипа (С8Р) представляет собой горизонтальную линию, что указывает на постоянную скорость кривошипа на протяжении цикла. Профиль скорости насосной штанги (К8Р) представляет собой кривую синусоидальной формы. Специалисту в данной области техники понятно, что любые изменения скорости кривошипа преобразуются в изменения скорости насосной штанги. Кроме того, изменения от одного значения скорости к другому на протяжении цикла не происходят мгновенно, поэтому профиль скорости будет иметь наклон вверх или вниз между значениями скорости, соответствующий периодам ускорения или замедления.
В одном варианте исполнения изобретение включает аппарат, включающий контроллер (10) и привод с бесступенчатым регулированием скорости (12), как изображено на фиг. 3. На практике, скорость кривошипа, определяемая профилем скорости кривошипа, задается электродвигателю с регулируемой частотой вращения (14) с помощью контроллера, имеющего устройство сервоуправления приводом. Контроллер может быть выполнен в виде компьютера общего назначения с установленным соответствующим программным обеспечением, программно-аппаратных средств, микроконтроллера, микропроцессора или множества микропроцессоров, процессора цифрового сигнала или других аппаратных средств, или в виде комбинации аппаратных и программных средств, известных специалистам в данной области техники. Контроллер будет физически регулировать скорость двигателя с помощью привода с бесступенчатым регулированием скорости (12). Пригодные приводы с бесступенчатым регулированием скорости могут быть устройствами постоянного или переменного тока и хорошо известны специалистам. В
- 2 007102 одном варианте исполнения, привод может быть коммерчески доступным приводом переменного тока с бесступенчатым регулированием частоты, таким как АВВ АС8-601 (АВВ 1пби81ту Оу, ΗοΙδίηΚί. Еш1апб) или приводом А11еп-Вгаб1еу 1336 1трас1 (Воск\\'е11 АиЮтабоп, Мйтаикее, ^1, И8А). Предпочтительно, привод с переменной частотой обеспечивает точной контроль частоты вращения двигателя и/или крутящего момента с обратной связью по скорости или без нее. При наличии обратной связи по скорости, для ее создания может использоваться импульсное кодирующее устройство на валу двигателя или другие хорошо известные средства. Если двигатель является дизелем, то контроллер (10) может работать путем открывания или закрывания дросселя (не показан) для обеспечения регулировки скорости.
Предусмотрено устройство регулирования скорости двигателя динамическим торможением (16) для контроля инерционной нагрузки на том участке цикла, когда колонна насосных штанг падает или тормозится. Устройства регулирования скорости двигателя динамическим торможением хорошо известны специалистам по системам бесступенчатого регулирования скорости. В некоторых случаях вес колонны насосных штанг превышает сопротивление, создаваемое вязкостью флюида в нефтяной скважине и собственным трением в насосной установке. Вследствие этого при ходе вниз насосная установка создает энергию, которая передается на привод с переменной частотой через электродвигатель. В одном варианте исполнения устройство регулирования скорости двигателя динамическим торможением включает группу сопротивлений - как хорошо известно специалистам. Могут быть использованы также варианты линейного торможения или привода с рекуперативным торможением.
В одном варианте исполнения контроллер (10) представляет собой микропроцессор, а интерфейс пользователя (18) создается с помощью отдельного персонального компьютера (ПК) общего назначения, такого как портативный компьютер, функционально связанный с контроллером с помощью пригодного устройства цифрового ввода/вывода. В данном варианте исполнения ПК включает память, которая содержит математическую модель насосной установки, и программное обеспечение, позволяющее пользователю ввести профиль скорости кривошипа или профиль скорости насосной штанги. Если пользователь задает профиль скорости кривошипа, то он непосредственно используется для контроля скорости кривошипа контроллером. Если же пользователь задает профиль скорости насосной штанги, то он должен быть преобразован в профиль скорости кривошипа с помощью математической модели насосной установки, который затем используется для регулировки скорости кривошипа контроллером.
В другом варианте исполнения интерфейс пользователя (18) находится на терминале автоматизированного рабочего места (АРМ) и сообщается с контроллером (10) с помощью стандартных сетевых протоколов обмена информацией, таких как протоколы ТСР/1Р или ЕШегпеб Как показано на фиг. 3, дистанционный терминал АРМ (18) может сообщаться с контроллером посредством телефонных, радиочастотных (РЕ) или спутниковых модемов (20), подключенных к терминалу (18) и контроллеру (10). В тех случаях, когда интерфейс пользователя (18) расположен дистанционно, может быть предусмотрен местный дисплей (22) для отображения заданных пользователем профилей скорости и диаграммы результатов.
Фиг. 4 показывает схематическое изображение одного варианта исполнения системы по настоящему изобретению. Контроллер (10) выполнен отдельно от интерфейса пользователя (18), как изображено на фиг. 3. Однако в альтернативном варианте исполнения, контроллер и интерфейс пользователя могут быть также выполнены в одном корпусе, например, компьютера общего назначения. В предпочтительном варианте исполнения интерфейс пользователя воплощен в программном обеспечении, работающем на компьютере общего назначения, тогда как контроллер выполнен отдельно в виде аппаратнопрограммных средств.
Интерфейс пользователя (18) включает память (22), в которой может храниться математическая модель геометрии станка-качалки. Предпочтительно, интерфейс пользователя может также включать программный модуль, обеспечивающий возможность выбора известной математической модели по предварительно заданной геометрии станка-качалки или создания и сохранения новой математической модели. Как видно на фиг. 5, математическая модель может быть выбрана с помощью системы «выпадающих» меню (30), соответствующих конкретным моделям выбранных производителей. Альтернативно может быть введена или создана новая математическая модель путем ввода соответствующих значений геометрии качалки, которая может быть затем сохранена в памяти и которая является доступной для других модулей интерфейса пользователя.
Интерфейс пользователя может также включать модуль, позволяющий быстро и удобно вводить определенный пользователем профиль скорости насосной штанги (К8Р) или профиль скорости кривошипа (С8Р). Определяемый пользователем К8Р может состоять из множества определяемых пользователем значений, таких как начальная, максимальная и конечная скорость хода вверх и начальная, максимальная и конечная скорость хода вниз. Степень ускорения также может задаваться пользователем или пользователь использовать значение, принятое по умолчанию. В одном варианте исполнения могут быть предварительно заданы один или несколько типов профилей, которые сохраняются в памяти и предлагаются как варианты выбора меню. В одном варианте исполнения два типа профилей представляют собой линейный К8Р и линейный С8Р. Специалистам в данной области техники понятно, что линейный или постоянный К8Р может быть получен только при использовании криволинейного С8Р. С другой стороны, линейный С8Р даст криволинейный К8Р.
- 3 007102
Фиг. 6 представляет собой графическое изображение экрана с окном программы, используемым для задания линейного К8Р. Тип профиля выбирается из «выпадающего» меню (32), расположенного в правой верхней части окна. Видно, что в данном примере скорость насосной штанги ограничена максимальным значением при ходе вверх и вниз, а степень ускорения или замедления является относительно линейной. Специалисту в данной области техники понятно, что для такого К8Р необходим С8Р, включающий периоды постепенного уменьшения и увеличения скорости, соответствующие максимальной линейной скорости насосной штанги. В данном примере степень ускорения задана, а начальная и конечная скорости при ходе вверх имеют такие же значения, как и начальная и конечная скорости при ходе вниз. После этого компьютерная программа преобразует Е8Р в С8Р и создает ряд шагов профиля. Каждый шаг профиля представляет собой изменение скорости в заданном положении кривошипа, а также величину ускорения кривошипа. Как показано на фиг. 6, линейный К8Р может быть преобразован в С8Р, имеющий 23 шага профиля. В данном примере для определения С8Р используются параметры движения насосной штанги. Однако в альтернативных вариантах исполнения пользователь может ввести таблицу с данными шагов К8Р, каждый из которых состоит из положения насосной штанги и требуемой скорости насосной штанги в данном положении.
Фиг. 7 представляет собой графическое изображение экрана с окном программы, используемым для задания линейного С8Р. Тип профиля (Сгапк 8рееб-Эиа1) (Скорость кривошипа - Двойной) выбирают из типов профилей в «выпадающем» меню (32). Этот тип С8Р может быть определен пользователем путем задания требуемой скорости в предварительно определенных точках цикла. С8Р включает ряд отдельных шагов, каждый из которых состоит из положения кривошипа, соответствующего начальной точке требуемой скорости, требуемой скорости и степени ускорения. С8Р в форме таблицы данных, состоящей из четырех шагов (34), изображен на фиг. 7. С8Р может также быть представлен графически, как это также изображено на фиг. 7. Таблица данных (34) и графическое представление могут быть сгенерированы путем ввода значений в таблицу данных или путем задания параметров движения, таких как максимальная скорость вращения на определенных этапах на протяжении цикла.
После задания пользователем требуемого С8Р или К8Р программа может создать моделирующую функцию для просмотра результирующего С8Р или К8Р. Фиг. 8 представляет собой графическое изображение экрана с окном программы, показывающим результаты моделирования линейного К8Р (К8Р, изображенного на фиг. 6). В данном случае был задан К8Р, и пользователь может увидеть графически и в табличной форме результаты моделирования С8Р.
В одном варианте исполнения крутящий момент двигателя или нагрузка на насосную штангу могут контролироваться с помощью соответствующих датчиков. Обычно желательно ограничивать крутящий момент или нагрузку на насосную штангу определенными максимальными значениями во избежание перегрузки штанги. Может быть предусмотрено пропорционально-интегрально-дифференциальное (ПИД) регулирование с алгоритмом деления частоты для обеспечения регулировки скорости в заданных пределах значений параметров. Если измеренный крутящий момент превышает заданное максимальное значение, то может быть применен алгоритм понижения частоты для снижения профиля скорости.
В предпочтительном варианте исполнения привод с переменной частотой вырабатывает опорное значение действительной скорости путем контроля формы кривых напряжения и тока электродвигателя или с помощью каких-либо других средств. Опорное значение скорости используется для расчета положения кривошипа в любой момент времени на протяжении цикла. В одном варианте исполнения средство определения положения кривошипа включает устройство для вырабатывания аналогового опорного значения скорости и устройство преобразования опорного значения скорости в последовательность прямоугольных импульсов, частота которых пропорциональна скорости. Скорость, представленная прямоугольными колебаниями, может быть затем интегрирована для определения положения кривошипа путем подсчета фронтов прямоугольных колебаний, как, например, при вводе с импульсного кодирующего устройства. В другом варианте исполнения положение и скорость кривошипа могут быть измерены непосредственно с помощью импульсного кодирующего устройства.
Поскольку положение кривошипа на протяжении цикла рассчитывается приближенно или может происходить проскальзывание ремня или другие ошибки, имеющие механическую или электрическую природу, желательно предусмотреть средства исправления ошибок. В одном варианте исполнения коррекция ошибок производится путем однократного сброса параметров расчетного положения и установки фактического положения в каждом цикле. Это может быть осуществлено путем использования бесконтактного переключателя (40), устанавливаемого на насосной установке в таком месте, где он может детектировать прохождение плеча кривошипа, и вырабатывающего выходной сигнал при прохождении плеча кривошипа. Сигнал бесконтактного переключателя может быть использован затем для восстановления исходного значения расчетного положения плеча кривошипа, определяемого путем вычислений с использованием данных скорости/времени, выполняемых контроллером, в начале каждого цикла или в определенной точке на протяжении каждого цикла.
В предпочтительном варианте исполнения опорное значение фактической скорости может быть использовано для получения профилей скорости в реальном масштабе времени, которые могут быть представлены в виде графика и отображены на дисплее или записаны. Особенно полезным может оказаться
- 4 007102 сопоставление в реальном масштабе времени фактического профиля скорости с профилем скорости, определяемым пользователем. Такая функция представления в виде графика может быть частью компьютерного программного обеспечения в интерфейсе пользователя и может также осуществлять получение и построение графиков других данных и переменных, таких как сила тока электродвигателя или крутящий момент.
В одном из вариантов исполнения может быть предусмотрен кодовый датчик положения для вырабатывания сигнала фактического положения плеча кривошипа, причем в этом случае бесконтактный переключатель или другие средства коррекции ошибки могут не быть необходимыми, хотя они могут все-таки оставаться желательными для исправления механических ошибок, таких как проскальзывание ремня.
Далее будет описан вариант исполнения изобретения в виде способа со ссылками на фиг. 9 и 10.
Фиг. 9 представляет собой блок-схему, отображающую последовательность действий, необходимых для создания ряда программных шагов, представляющих С8Р или К8Р. Первым шагом является ввод С8Р или К8Р путем ввода таблицы данных, программных шагов или матрицы параметров движения (100). Если осуществляется ввод К8Р, то необходимо преобразовать значения К.8Р в С8Р (110), который состоит из ряда заданных значений скорости кривошипа в определенных положениях кривошипа. Таблица С8Р затем преобразуется (120) в последовательность программных шагов, которые могут быть загружены (130) в контроллер, функционально связанный с приводом переменной частоты.
Фиг. 10 демонстрирует работу контроллера. Бесконтактный переключатель вырабатывает сигнал начала цикла (200), после чего привод с переменной частотой (УЕЛ) производит линейное увеличение скорости кривошипа до требуемой начальной скорости (210) при заданной степени ускорения. После этого рассчитывается положение кривошипа с использованием опорного значения фактической скорости, как описано выше, и в соответствующем положении запускается следующий программный шаг (220). В этом положении уставка скорости УЕЛ увеличивается или уменьшается с требуемым ускорением, и этот процесс продолжается на протяжении всех программных шагов цикла. Бесконтактный переключатель сигнализирует о завершении цикла, которое, очевидно, совпадает с началом следующего цикла. В это время, если включено ПИД-регулирование с механизмом понижения частоты, и если в течение этого цикла будет детектирован избыточный крутящий момент или состояние перегрузки насосной штанги, уставки скорости могут быть снижены и для следующего цикла может быть создан новый профиль скорости с пониженной частотой. Алгоритм понижения частоты может быть составлен таким образом, чтобы снижать все уставки скорости на предварительно определенную величину при каждом цикле до тех пор, пока крутящий момент, определяемый датчиком крутящего момента, не уменьшится до приемлемого уровня. Альтернативно алгоритм понижения частоты может быть составлен таким образом, чтобы определять величину, на которую было превышено значение крутящего момента, и снижать уставки скорости на определенную долю, рассчитанную на уменьшения крутящего момента до приемлемого уровня за один шаг. В одном из альтернативных вариантов исполнения алгоритмы понижения частоты могут быть рассчитаны на понижение частоты только для части цикла, например только для участка хода вверх.
Специалистам в данной области техники понятно, что в рамках описанного конкретного изобретения могут быть реализованы различные его модификации, усовершенствования и варианты. Различные признаки и элементы изобретения могут быть объединены в отличный от раскрытых в данной заявке комбинаций способ, не выходящий за рамки объема изобретения.

Claims (14)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Система управления для изменения скорости насосной штанги насосной установки, имеющей определенную геометрию и включающей электродвигатель с регулируемой частотой вращения и вращающееся плечо кривошипа, включающая:
    (a) привод с переменной частотой для задания уставки скорости для электродвигателя;
    (b) контроллер, функционально связанный с приводом переменной частоты, включающий средство вывода уставки скорости в соответствии с профилем скорости кривошипа; и (c) процессор, включающий средство создания профиля скорости кривошипа и передачи профиля скорости кривошипа контроллеру.
  2. 2. Система по п.1, дополнительно включающая память, содержащую математическое представление геометрии насосной установки, в которой процессор включает средства для создания профиля скорости насосной штанги и средства преобразования профиля скорости насосной штанги в профиль скорости кривошипа.
  3. 3. Система по п.1 или 2, дополнительно включающая средства определения положения плеча кривошипа и его скорости.
  4. 4. Система по п.3, в которой средства определения включают бесконтактный датчик, связанный с плечом кривошипа, который детектирует периодическое прохождение плеча кривошипа и передает после него сигнал.
    - 5 007102
  5. 5. Система по п.4, в которой привод с переменной частотой включает средства, вырабатывающие опорное значение фактической скорости, которое передается средству определения.
  6. 6. Система по п.1, дополнительно включающая датчик определения крутящего момента двигателя и средство повышающего или понижающего регулирования профиля скорости кривошипа для увеличения или уменьшения крутящего момента двигателя.
  7. 7. Система по п.1, дополнительно включающая средство для создания фактического профиля скорости кривошипа по результатам определения положения и скорости кривошипа, средство преобразования фактического профиля скорости кривошипа в фактический профиль скорости насосной штанги и средство отображения на экране фактического профиля скорости кривошипа и/или насосной штанги.
  8. 8. Система по п.2, дополнительно включающая средство моделирования фактического профиля скорости кривошипа по требуемому профилю скорости кривошипа или насосной штанги и отображения на экране моделированного профиля скорости кривошипа.
  9. 9. Способ регулирования скорости насосной штанги насосной установки, имеющей определенную геометрию и включающей привод переменной частоты, электродвигатель с регулируемой частотой вращения и вращающееся плечо кривошипа, включающий следующие стадии:
    (a) создание математической модели геометрии насосной установки;
    (b) получение от пользователя профиля скорости насосной штанги или профиля скорости кривошипа;
    (c) преобразование профиля скорости насосной штанги в профиль скорости кривошипа с помощью математической модели; и (б) вывод на привод переменной частоты уставки скорости в соответствии с профилем скорости кривошипа.
  10. 10. Способ по п.9, дополнительно включающий стадию определения положения и скорости плеча кривошипа по опорному значению фактической скорости, генерируемому приводом с переменной частотой.
  11. 11. Способ по п.10, дополнительно включающий стадию установки в исходное положение плеча кривошипа при каждом его обороте с помощью бесконтактного переключателя, который детектирует прохождение плеча кривошипа и передает после этого сигнал.
  12. 12. Способ по п.9, дополнительно включающий стадию повышающего или понижающего регулирования профиля скорости кривошипа в зависимости от характеристик крутящего момента двигателя.
  13. 13. Способ по п.12, в котором профиль скорости кривошипа подвергается повышающему или понижающему регулированию в начале цикла, а не на протяжении цикла.
  14. 14. Способ по п.10, дополнительно включающий стадию создания и отображения на экране фактического профиля скорости кривошипа или насосной штанги по определенным значениям положения и скорости плеча кривошипа.
EA200400800A 2002-11-01 2003-06-10 Система и способ управления возвратно-поступательным насосом EA007102B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/286,180 US6890156B2 (en) 2002-11-01 2002-11-01 Reciprocating pump control system
PCT/CA2003/000879 WO2004040137A1 (en) 2002-11-01 2003-06-10 Control system for a pumping unit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200400800A1 EA200400800A1 (ru) 2005-08-25
EA007102B1 true EA007102B1 (ru) 2006-06-30

Family

ID=32175369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200400800A EA007102B1 (ru) 2002-11-01 2003-06-10 Система и способ управления возвратно-поступательным насосом

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6890156B2 (ru)
CN (2) CN100422555C (ru)
AR (1) AR046477A1 (ru)
AU (1) AU2003240330C1 (ru)
BR (1) BR0306709B1 (ru)
CA (1) CA2414646C (ru)
EA (1) EA007102B1 (ru)
MX (1) MXPA04006495A (ru)
WO (1) WO2004040137A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2640869C2 (ru) * 2012-05-15 2018-01-12 Ксайлем Ай-Пи Холдингс Ллк Насосный агрегат, конфигурирующая система насосного агрегата и способ

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6979181B1 (en) * 2002-11-27 2005-12-27 Aspen Motion Technologies, Inc. Method for controlling the motor of a pump involving the determination and synchronization of the point of maximum torque with a table of values used to efficiently drive the motor
US7314349B2 (en) * 2004-04-26 2008-01-01 Djax Corporation Fluid level control system for progressive cavity pump
US7167761B2 (en) 2004-10-25 2007-01-23 Ingersoll-Rand Company Methods and systems for modifying the operation of a compressor via a portable memory device
US20080240930A1 (en) * 2005-10-13 2008-10-02 Pumpwell Solution Ltd Method and System for Optimizing Downhole Fluid Production
US7645124B2 (en) * 2005-11-29 2010-01-12 Unico, Inc. Estimation and control of a resonant plant prone to stick-slip behavior
EA012103B1 (ru) * 2006-06-21 2009-08-28 Азербайджанский Технический Университет Механический привод скважинных насосов
US7533730B1 (en) * 2006-10-04 2009-05-19 Xto Energy Inc. Variable and slow speed pumping unit
CN103061715A (zh) * 2006-10-24 2013-04-24 株式会社安川电机 抽油机的泵抽空控制方法和抽油机控制装置
US7819183B2 (en) * 2008-06-16 2010-10-26 Halliburton Energy Services, Inc. Work string controller
CN101922288B (zh) * 2009-06-15 2013-03-20 山东九环石油机械有限公司 一种智能监测抽油杆及其监测系统
US9234517B2 (en) * 2009-10-26 2016-01-12 Harold Wells Associates, Inc. Pump control device, oil well with device and method
US9140253B2 (en) * 2009-10-26 2015-09-22 Harold Wells Associates, Inc. Control device, oil well with device and method
US8801407B2 (en) * 2010-02-24 2014-08-12 Harris Waste Management Group, Inc. Hybrid electro-hydraulic power device
CN101975044B (zh) * 2010-10-12 2013-11-20 河南双发石油装备制造股份有限公司 机械换向变径塔架式抽油机
CN101963053B (zh) * 2010-10-12 2013-09-25 河南双发石油装备制造股份有限公司 定位换向抽油机动力总成
US8700221B2 (en) * 2010-12-30 2014-04-15 Fluid Handling Llc Method and apparatus for pump control using varying equivalent system characteristic curve, AKA an adaptive control curve
US10240593B2 (en) * 2011-03-04 2019-03-26 Asco Power Technologies, L.P. Systems and methods of controlling pressure maintenance pumps and data logging pump operations
DE102011050018A1 (de) 2011-04-29 2012-10-31 Allweiler Gmbh Pumpen-System
EA019848B1 (ru) * 2011-06-13 2014-06-30 Институт Кибернетики Национальной Академии Наук Азербайджанской Республики Способ управления процессом добычи нефти и устройство для его осуществления
CN103132953B (zh) * 2011-11-25 2015-07-29 中国石油天然气股份有限公司 Led模拟抽油杆行程装置
RU2611071C2 (ru) * 2011-12-16 2017-02-21 Флюид Хэндлинг ЭлЭлСи Способ динамического линейного управления и устройство для управления насосом с переменной скоростью
SG2012070017A (en) * 2012-09-20 2014-04-28 Rockwell Automation Asia Pacific Business Ctr Pte Ltd Systems, methods, and software for presenting parameter set(s) for industrial automation devices
US9353617B2 (en) * 2012-11-06 2016-05-31 Unico, Inc. Apparatus and method of referencing a sucker rod pump
RU2577922C2 (ru) * 2014-04-03 2016-03-20 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина Способ оптимизации параметров привода штангового насоса
US9745975B2 (en) 2014-04-07 2017-08-29 Tundra Process Solutions Ltd. Method for controlling an artificial lifting system and an artificial lifting system employing same
US10107295B1 (en) * 2014-05-21 2018-10-23 Marion Brecheisen Pump system and method
US10408206B2 (en) * 2014-07-01 2019-09-10 Bristol, Inc. Methods and apparatus to determine parameters of a pumping unit for use with wells
US10094371B2 (en) * 2014-07-01 2018-10-09 Bristol, Inc. Methods and apparatus to determine operating parameters of a pumping unit for use with wells
US9605670B2 (en) 2014-12-18 2017-03-28 General Electric Company Method and systems for enhancing flow of a fluid induced by a rod pumping unit
US10788031B2 (en) 2014-12-18 2020-09-29 Ravdos Holdings Inc. Methods and system for enhancing flow of a fluid induced by a rod pumping unit
US20160265321A1 (en) * 2015-03-11 2016-09-15 Encline Artificial Lift Technologies LLC Well Pumping System Having Pump Speed Optimization
US10443362B2 (en) * 2015-05-26 2019-10-15 Baker Hughes Incorporated Systems and methods for controlling downhole linear motors
US20170002636A1 (en) * 2015-06-30 2017-01-05 KLD Energy Nano-Grid System, Inc. Detection and mitigation of detrimental operating conditions during pumpjack pumping
US10100623B2 (en) * 2015-06-30 2018-10-16 KLD Energy Nano-Grid Systems, Inc. Intra-stroke cycle timing for pumpjack fluid pumping
US10371142B2 (en) * 2015-07-27 2019-08-06 Bristol, Inc. Methods and apparatus for pairing rod pump controller position and load values
US10473097B2 (en) 2015-09-02 2019-11-12 Tigerflow Systems, Llc System and method for speed control of variable speed pumping systems
US11028844B2 (en) * 2015-11-18 2021-06-08 Ravdos Holdings Inc. Controller and method of controlling a rod pumping unit
US20170218947A1 (en) * 2016-01-28 2017-08-03 SPOC Automation Ironhorse controller with automatic pump off control
US11018610B2 (en) 2017-01-27 2021-05-25 Franklin Electric Co., Inc. Motor drive system and method
CN106894797B (zh) * 2017-03-20 2023-02-10 中国石油天然气股份有限公司 一种抽油机曲柄摆动控制装置及方法
CN109869137B (zh) * 2017-12-05 2021-06-15 中国科学院沈阳自动化研究所 一种基于流量计和示功图的抽油井定产模式控制方法
RU2686304C1 (ru) * 2018-09-13 2019-04-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем
US10739755B1 (en) * 2019-01-31 2020-08-11 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Industrial machine optimization
CN111472723B (zh) * 2020-03-27 2022-03-25 上海复泉工程技术有限公司 泵效调整智能化抽油机
DE102021118075A1 (de) 2021-07-13 2023-01-19 Danfoss Power Electronics A/S Verfahren zum Reduzieren von rückgespeister Energie und Umkehrbeanspruchung in einer von einem Elektromotor angetriebenen hin-und herbewegbaren Last durch Modulation der Motordrehzahl unter Verwendung eines Frequenzumrichterantriebs und zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellter Frequenzumrichterantrieb

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4102394A (en) 1977-06-10 1978-07-25 Energy 76, Inc. Control unit for oil wells
US4145161A (en) 1977-08-10 1979-03-20 Standard Oil Company (Indiana) Speed control
US4661751A (en) * 1982-07-14 1987-04-28 Claude C. Freeman Well pump control system
US4599046A (en) * 1983-04-07 1986-07-08 Armco Inc. Control improvements in deep well pumps
US4854164A (en) * 1988-05-09 1989-08-08 N/Cor Inc. Rod pump optimization system
US4971522A (en) 1989-05-11 1990-11-20 Butlin Duncan M Control system and method for AC motor driven cyclic load
JP2505644B2 (ja) * 1990-11-20 1996-06-12 三菱電機株式会社 油圧エレベ―タ駆動制御装置
US5246076A (en) 1992-03-10 1993-09-21 Evi-Highland Pump Company Methods and apparatus for controlling long-stroke pumping units using a variable-speed drive
US5441389A (en) 1992-03-20 1995-08-15 Eaton Corporation Eddy current drive and motor control system for oil well pumping
US5251696A (en) 1992-04-06 1993-10-12 Boone James R Method and apparatus for variable speed control of oil well pumping units
US5281100A (en) 1992-04-13 1994-01-25 A.M.C. Technology, Inc. Well pump control system
US5252031A (en) * 1992-04-21 1993-10-12 Gibbs Sam G Monitoring and pump-off control with downhole pump cards
CA2163137A1 (en) * 1995-11-17 1997-05-18 Ben B. Wolodko Method and apparatus for controlling downhole rotary pump used in production of oil wells
US5782608A (en) * 1996-10-03 1998-07-21 Delta-X Corporation Method and apparatus for controlling a progressing cavity well pump
GB9810321D0 (en) * 1998-05-15 1998-07-15 Head Philip Method of downhole drilling and apparatus therefore
US6343656B1 (en) 2000-03-23 2002-02-05 Intevep, S.A. System and method for optimizing production from a rod-pumping system
WO2003048578A1 (en) 2001-12-03 2003-06-12 Abb Inc. Rod saver speed control method and apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2640869C2 (ru) * 2012-05-15 2018-01-12 Ксайлем Ай-Пи Холдингс Ллк Насосный агрегат, конфигурирующая система насосного агрегата и способ

Also Published As

Publication number Publication date
US6890156B2 (en) 2005-05-10
AU2003240330A1 (en) 2004-05-25
MXPA04006495A (es) 2005-03-31
CN1596342A (zh) 2005-03-16
CA2414646A1 (en) 2004-05-01
CA2414646C (en) 2008-01-22
BR0306709B1 (pt) 2013-02-19
AR046477A1 (es) 2005-12-14
AU2003240330B8 (en) 2004-05-25
AU2003240330C1 (en) 2008-05-29
EA200400800A1 (ru) 2005-08-25
CN100567736C (zh) 2009-12-09
CN101220808A (zh) 2008-07-16
AU2003240330B2 (en) 2007-09-06
BR0306709A (pt) 2004-12-28
WO2004040137A1 (en) 2004-05-13
CN100422555C (zh) 2008-10-01
US20040084179A1 (en) 2004-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA007102B1 (ru) Система и способ управления возвратно-поступательным насосом
US6414455B1 (en) System and method for variable drive pump control
US9628015B2 (en) Energy saving system and method for devices with rotating or reciprocating masses
AU2011296583B2 (en) Improved method to save energy for devices with rotating or reciprocating masses
RU2381384C1 (ru) Способ и система управления перемещением штока в системе откачки флюида из скважины
US7321211B2 (en) Power variation control system for cyclic loads
US9140253B2 (en) Control device, oil well with device and method
US20120205119A1 (en) Pump control device, oil well with device and method
JP5930642B2 (ja) 往復直線運動機構の複動式ポンプを駆動するための制御方法及びその装置と駆動手段
EA029265B1 (ru) Система и способ, относящиеся к штанговому глубинному насосу
CN111810126A (zh) 提高游梁式抽油机泵效的自动控制设备和方法
CA2469059A1 (en) Rod saver speed control method and apparatus
JP5275995B2 (ja) ピストンポンプのための電動カムシャフトモータの制御
CN116838300B (zh) 油梁式抽油机的频率闭环控制方法、系统、装置、介质
RU2021114662A (ru) Способ и система автоматизированного управления установкой штангового глубинного насоса

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Registration of transfer of a eurasian patent by assignment
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): BY KG MD TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): TJ

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AZ KZ RU