JP4069332B2

JP4069332B2 - Pump-off control method

Info

Publication number: JP4069332B2
Application number: JP29719197A
Authority: JP
Inventors: 徳幸高田; 孝之山川; 英俊龍; 哲雄河野; リチャード・エル・プラット; ブライアン・マッキノン
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2017-10-29
Also published as: JPH11132155A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプジャックで駆動されるビームポンプのポンプオフ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビームポンプ油井におけるポンプオフ制御に用いられるセンサは、油井地下ホールの流体レベルや圧力検出器、流量センサ、振動センサ、更にはモータ電流センサ等のセンサを使用する伝統的な方式のものから、ロッド負荷の解析や記録ができる近代的なダイナグラフカード方式ものへと発展してきた。
最近の近代的ダイナグラフカード方式は、ポンプオフの検出方式として最も確実で精度も良いと云われているが、サッカロッドにストレーンゲージ等のロッド荷重センサが必要であり、しかもそのセンサの検出信号をポンプジャックの回転位置に関係付けて処理することからマイクロコンピュータ装置を必要とし、それだけ複雑で高価にならざるを得なかった。また、従来方式のダウンホールにセンサを置く方式では、地下数千フィートにセンサを設置することの難しさや配線等の問題があった。地上に設置する方式の振動センサでは、ポンプオフとノーポンプオフの振動レベルの設定の問題があり、正確な検出が困難であった。
ポンプジャックのモータ電流を検出する方法は、たとえサッカロッド荷重が一定であってもモータ電流がポンプジャックの回転によって変化すること、またサッカーロッド系の特性によってモータ電流が振動的になること等により、正確なポンプオフの検出ができなかった。また、従来方式では、たとえ近代的なダイナグラフカード方式を採用してもポンプジャックの振動は速度調整ができない誘導電動機を採用しているために、ポンプオフを検出しても誘導電動機を停止するしかなく、このため、ダウンホールポンプの一次的な浮遊ガスの増加に伴う吸込圧力の低下や液体の特性の一次的な変動によってポンプジャックが停止してしまい、油井の生産性を低下させていた。この状況を避けるために、（イ）ポンプオフを連続的に３〜５回以上検出した場合のみポンプを停止、または、（ロ）ポンプジャック駆動モータをオン−オフ制御する対策がとられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、（イ）の対策では、例えばポンプケーシングが各サクションストロークで部分的に浮遊ガスによって満たされている時、液体の粘性により吐出弁の開きが若干遅れ、ダウンストロークの最高位置からかなり離れた位置で吐出弁が開くことになり、オーバプレッシャリングが起り、ロッドの下方を曲げたり、場合によってはポンプ胴を破壊してしまう恐れがあった。
（ロ）の対策では、オン−オフ運転の繰り返しによってポンプユニットとモータに過大な機械的または電気的ストレスを与えることになり、設備の損耗を早め、保守費用の増加をもたらす欠点があった。
そこで本発明は、安価にポンプオフの状態を検出でき、またポンプオフ時にモータを停止させることがないポンプオフ制御方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明によるポンプオフ制御方法は、ポンプジャックを駆動する誘導電動機を可変電圧、可変周波数電源のインバータで速度制御するようにしたポンプジャック駆動系のポンプオフ制御方法において、前記誘導電動機の速度と二次電流の瞬時値を検出し、前記ポンプジャックの各サイクル毎のダウンストローク時間を検出し、各サイクル毎のダウンストローク時間における前記誘導電動機の二次電流の瞬時値の平均値又は実効値を演算し、演算した前記誘導電動機の二次電流の瞬時値の平均値又は実効値と比較するための前記誘導電動機の二次電流の平均値基準値又は実効値基準値を設定し、前記二次電流の瞬時値の平均値又は実効値と平均値基準値又は実効基準値を各サイクルのダウンストローク終了後に比較し、前記平均値基準値より瞬時値の平均値が大きい場合又は前記実効値基準値より瞬時値の実効値が大きい場合にポンプオフ発生を検出する。
なお、前記誘導電動機の二次電流の平均値基準値又は実効値基準値をポンプジャックのポンプ速度に対応した値に設定するようにしても良い。このようにすることで、容積効率一定の条件でポンプオフの検出が可能になる。
また、ダウンストローク終了後に、ポンプオフ条件を複数回以上連続して検出する場合には、ポンプジャック速度を予め設定された速度だけ低下せしめるように制御し、その低下した速度に対応した新たな二次電流の平均値基準値又は実効値基準値を設定し、その時点以後のダウンストロークにおける実際の二次電流の瞬時値の平均値又は実効値を演算して、この演算した値と該設定基準値とを比較し、演算した値が該設定基準値より大きい場合にはその低下せしめられた速度において尚ポンプオフ条件が存在していることとして検出し、この動作が連続して複数回以上検出された場合にはポンプジャック速度を予め設定された速度だけ更に低下せしめるように制御し、速度に対応した平均値基準又は実効値基準とその速度における実際の二次電流瞬時値の演算平均値又は演算実効値を順次比較してポンプオフを検出している間はポンプジャックの速度を順次段階的に降下せしめるように制御することにより、ポンプオフ条件の解除を速度制御によって行うようにしても良い。
さらに、ポンプオフ条件を検出し、予め設定された速度だけ速度を低下させ、ポンプジャックがこの新しい速度で運転している状態で、連続して複数回以上、ポンプオフ条件の検出がなかった場合には、この速度にてポンプオフ条件が解除されたものとしてポンプオフ解除を検出し、ポンプオフ検出によって低下させた速度分だけ速度を上昇せしめ、この上昇した速度に対応した新たな二次電流の平均値基準又は実効値基準を設定し、その時点以降のダウンストロークにおける実際の二次電流の瞬時値の平均値又は実効値を演算して、この演算した値と該設定基準値とを比較することにより、この演算した値が該設定基準値より小さい場合には、その上昇せしめられた速度において、尚ポンプオフ条件が解除されていることとして検出し、この動作が連続して複数回以上検出された場合にはポンプジャック速度を予め設定された速度だけ更に上昇せしめるように制御し、速度に対応した平均値基準又は実効値基準とその速度における実際の二次電流順次値の演算平均値又は演算実効値を順次比較してポンプジャック条件が検出される速度迄ポンプジャック速度を順次、段階的に上昇せしめるように制御するようにすることで、ポンプオフ条件の解除を確認しつつ所定のポンプジャック運転速度迄ポンプオフによって低下せしめられた速度を回復させるようにしても良い。
【０００５】
上記方法によれば、ロッド荷重センサとマイクロコンピュータから構成される従来の高価なダイナグラフカードシステムを使用することなく、ポンプジャックの速度制御のために使用するインバータのなかにポンプオフ制御のソフトウェアを組む込むことで、安価になるのみならず、正確なポンプオフの検出が可能になる。
加えて、ポンプジャックの速度を制御するようにしているので、ポンプオフの検出によって、ポンプジャックの速度をポンプオフがない状態まで低下させることができる。これにより、ダウンホールポンプやサッカロッド系に無理を与えることなく、油井の継続的な生産を行なうことができる。即ち、一定速度駆動の従来のポンプジャックを適用した油井に比べ、由井の生産性を高め且つ設備の安全性を向上できる効果を奏でる。
また、浮遊ガスの増加、あるいは油井レベルの低下等の比較的長い時間の経過に伴う油井の状況の変化に対応して、事前にダウンホールポンプの最大速度を設定することができるので、ポンプオフになる可能性を低下せしめることが可能となり、それだけ、油井の安定な可動に寄与できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、二次電流の瞬時値の取り出しが容易なベクトル制御インバータを適用した本発明によるポンプオフ制御方法の実施の形態を示す図であり、図２はポンプオフ制御装置の構成を示すブロック図である。
図１において、１はポンプジャック駆動用の誘導電動機、２は誘導電動機１に直結され、誘導電動機１の速度を検出する速度検出器、３は公知の電流マイナーループを有するベクトル制御インバータ、４はポンプオフ制御装置である。
ベクトル制御インバータ３は、直線指令器３１、速度調整器３２、電流調整器３３、ＰＷＭ制御器３４、変流器３５及びベクトル演算器３６を備えている。直線指令器３１は、ポンプオフ制御装置４の出力である速度基準Ｎｐを、内部に設定された加速レートに制限し、誘導電動機１の速度基準Ｎｓに変換する働きをする。速度基準Ｎｓは速度検出器２で検出された実際の速度Ｎｉと比較され、その偏差が速度調整器３２によって増幅されて二次電流指令Ｉ_2gが出力される。
電動機電流は変流器３５で検出され、ベクトル演算器３６によってその二次電流成分のみがＩ₂として検出され、二次電流指令Ｉ_2gと比較される。そして、その偏差が電流調整器３３によって増幅され、ＰＷＭ制御器３４によって電圧のパルス幅が調節されて負荷を駆動するのに必要な二次電流が誘導電動機１に供給される。この様にベクトル制御インバータ３は、実際の速度Ｎｉが速度基準Ｎｐにほぼ等しくなる様に電動機速度を自動調整する。なお、本図では、ベクトル制御に必要な誘導電動機１の磁速成分電流の制御回路は公知であり、本発明のポンプオフ制御とは直接関係ないことから簡単化のために省略している。
【０００７】
ポンプオフ制御装置４は、図２に示すように、演算器４１、二次電流基準発生器４２、比較器４３、出力リレー４４、シーケンサ４５、速度指令関数発生器４６、ポンプジャックの主速度設定器４７、速度指令切替器４８及び速度指令器４９を備えている。演算器４１はポンプジャックの毎回のダウンストローク時間に対する二次電流の瞬時値の実効値及び平均値を演算及び記憶する機能を有し、後述の方法によって誘導電動機１の実際の速度Ｎｉに対応してＩ_2RMS、Ｉ_2AVを検出する。二次電流基準発生器４２は、ポンプオフが無い時、つまり正常運転中における二次電流の平均値基準Ｉ_2AV ^*又は実効値基準Ｉ_2RMS ^*を設定し、ポンプジャックの実際の速度Ｎｉに対応してその設定値を調整する。
実際に検出された二次電流の瞬時値の平均値Ｉ_2AV又は実効値Ｉ_2RMSは、それぞれの設定値Ｉ_2AV ^*又はＩ_2RMS ^*と比較器４３で比較される。もし、Ｉ_2AV＞Ｉ_2AV ^*又はＩ_2RMS＞Ｉ_2RMS ^*ならば、出力リレー４４がＤＮ側に切替わる。逆にＩ_2AV≦Ｉ_2AV ^*又はＩ_2RMS≦Ｉ_2RMS ^*ならば、出力リレー４４がＵＰ側に切替わる。Ｉ_2AV＞Ｉ_2AV ^*又はＩ_2RMS＞Ｉ_2RMS ^*は、後述のようにポンプオフ発生の検出であり、Ｉ_2AV≦Ｉ_2AV ^*又はＩ_2RMS≦Ｉ_2RMS ^*はその解除の検出を行うものである。
シーケンサ４５は、ポンプオフシーケンスを統括制御する機能とポンプオフの発生と解除に対応してポンプジャックの速度を降速、昇速するための速度指令を発する機能を有する。即ち、出力リレー４４のＤＮ又はＵＰの信号を計数し、例えばＤＮ信号を２回以上連続して検出すると、ポンプオフシーケンスプログラムを起動する。
シーケンサ４５は、ポンプオフシーケンスプログラムが起動すると、運転中のポンプジャック速度のノッチを自動的に判断し、それより１ノッチ低い速度になるように速度指令関数発生器４６を制御する。逆に、もしＵＰ信号を連続して２回計数すると、ポンプオフリセット（ポンプオフ解除）シーケンスプログラムを起動し、上記のポンプオフ発生の場合とは逆にポンプジャック速度が運転中の速度より１ノッチだけ高い速度になるように速度指令関数発生器４６を制御する。
主速度設定器４７は、例えばＮｐｓ＝１００％速度、８０％速度のように、その時の油井の状況に対応した最高速度を設定するものである。したがって、この設定された速度で運転中にポンプオフが検出されると１ノッチ分の速度だけ強制的に速度指令関数発生器４６で降速せしめられる。つまり、ポンプジャック速度は、△Ｎｐｎ→△Ｎｐ₁により、Ｎｐｓ一△Ｎｐ₁＝Ｎｐとなり、ポンプオフ条件の消滅を待つ。引き読きポンプオフが検出されると、更にもう１ノッチ分だけ、例えば△Ｎｐ₂＝２×△Ｎｐ₁だけ降速せしめられる。
但し、Ｎｐｓ−Ｎｐｎ≦０の場合はポンプジャックは停止する。この場合には、シーケンサ４５の中のポンプ停止・制御切替えシーケンスプログラムが起動する。このポンプ停止・制御切替えシーケンスプログラムでは、ポンプオフプログラムを停止すると共に、速度指令切替器４８を速度指令器４９側に切り替える。速度指令器４９はポンプオフ条件の有り無しを探索するための微速指令を発生するものである。この切り替えが完了すると、シーケンサ４５の中のノーポンプオフサーチングプログラムが起動する。これはポンプオフで停止中のポンプジャックを一定時間後に再び強制的に再起動し、微速運転せしめ、微速運転中にポンプオフ条件の有無しをチェックするための制御プログラムで、ポンプジャックの微速運転、停止のシーケンスと速度指令器４９の微速指令のオン／オフ並びに微速運転中のポンプオフの有り無しのチェックを行なう。
この微速運転中にポンプオフ解除を２回以上連続して検出した場合、ノーポンプオフサーチングプログラムは、速度指令切替器４８を主速度設定Ｎｐｓ側に切り替えると共にポンプオフ制御シーケンスプログラムを再起動する。この様にして、ポンプジャックはＮｐｓ−△Ｎｐｎ＝Ｎｐの速度で、再び制御される様になり、順次ポンプオフ条件の解除を確認しつつ、自動的に昇速させられ、設定された当初の速度Ｎｐｓに復元する。以上述べた様にポンプオフ制御装置４は、誘導電動機１の二次電流の瞬時値の平均値又は実効値を演算及び記憶し、それぞれを、それぞれの基準値と比較することにより、ポンプオフ又はポンプオフ解除を検出するものである。
【０００８】
以下、誘導電動機１の二次電流の瞬時値の平均値又は実効値を検出することによりポンプオフの検出ができる理由について説明する。
図３は、ポンプジャックの定格ストローク速度１１．３ストローク／分、ポンプユニット：ＡＰＩＣ１１４−１４３−６４のポンプユニットにおいて、その速度を定格の５０％にて運転した場合のサッカロッドトルク、正味の減速機軸トルク、誘導電動機１の二次電流をコンピュータシミュレーションによって求めたものである。図中にポンプジャックストローク位置も示している。
図３（ａ）はポンプオフが生じていない場合、つまり正常な運転の場合の特性であり、図３（ｂ）はポンプオフが生じて容積効率が６４％に低下した場合の特性である。これらの（ａ）と（ｂ）とを比較することにより、ダウンストローク時のサッカロッドトルク又は正味の減速機軸トルク、或いは誘導電動機１の二次電流の減少する時点が、ポンプオフが発生している時の方が遅れていることが分かる。
したがって、もし、特定のストローク位置に対応して、これ等の瞬時値を検出し、ポンプオフが無い正常運転の場合の基準値と比較する様にすれば、ポンプオフの検出が可能になる。例えば、本実施の形態では、クランク角度６６ｄｅｇ（ポンプジャックの先端位置が最高位置にある時のポンプジャックのクランク角度を０ｄｅｇとして測ったクランク角度（以下、この角度をθ’ベースの角度と呼称する）付近の毎回のポジションを検出して、その時の誘導電動機１の二次電流の値と、正常運転の場合の二次電流の値とを比較することにより、ポンプオフの検出ができる。
図４は、ポンプジャックのストローク速度を２５％にして、ポンプの容積効率ηvが４０％の場合と、６３．７％の場合について上記と同一のポンプジャックについて、コンピュータシミュレーション解析を行い、得られた誘導電動機１の二次電流をクランク角度（θ’ベース）に対してプロットしたものである。図示の様に容積効率が低下しても、以上に述べた方法にてポンプオフの発生の検出が可能である。しかしながら、本実施の形態では、ポンプジャックの速度が上昇するにつれて、誘導電動機１の二次電流がサッカロッド系の振動特性によって振動応答をするようになり、以上のような特定クランク角度に対する二次電流の瞬時値を基準値と比較する方法では、確実なポンプオフの検出が困難である。
図５は、それを示したものである。この図は１００％ストローク速度におけるポンプオフが生じた場合と正常運転の場合の誘導電動機１の二次電流をクランク角度に対して同様にコンピュータシミュレーション解析の結果をプロットしたものである。図示の様にクランク角度６６ｄｅｇ付近の二次電流の瞬時値と、基準値との比較では正確なポンプオフの検出が困難になることが分かる。
本発明では、この問題を前述の様にタウンストローク時間（後述の様に、厳密には基準ダウンストローク時間）に対する誘導電動機１の二次電流の平均値、或いは実効値の演算検出による方法で解決した。
【０００９】
以下、各ダウンサイクル毎の誘導電動機１の二次電流の瞬時値の平均値又は実効値によりポンプオフの検出が可能であることを説明する。
図６はダウンストローク時の誘導電動機１の二次電流の平均値、実効値をコンピュータ解析によって求めたもので、Ｘ軸に容積効率、Ｙ軸に誘導電動機１の二次電流Ｉ_2RMS、Ｉ_2AVをとり、ポンプジャックのストローク速度、１．００ｐ．ｕ．（１００％速度）、０．５ｐ．ｕ．（５０％速度）、０．２５ｐ．ｕ．（２５％速度）の場合について解析した結果をプロットしたものである。
ポンプオフがない正常運転の時には、容積効率は、ほぼ１００％であり、ポンプオフが激しくなるつれて容積効率は段々と低下する。今、油井の状態変化を考慮して容積効率が６３．７％（０・６３７ｐ．ｕ．）以下に低下した場合をポンプオフの発生として検出することにすると、ポンプオフがない正常運転における二次電流値とポンプオフが発生した場合の二次電流値は図７に示す様に大きく異なった値となる。
（注１）Ｉ_2RMS：ダウンストローク時の
瞬時二次電流から計算した実効値（Ａ）
Ｉ_2AV：ダウンストローク時の
瞬時二次電流から計算した平均値（Ａ）
（注２）電動機の定格二次電流：３６．９（Ａ）
即ち、この電流差を利用すれば、例えばディジタル的電流差演算によって、ポンプオフの正確な検出が可能になることは明らかである。
次に、毎回のタウンストローク時の二次電流の瞬時値の実効値又は平均値の演算を行なう方法について説明する。
この演算には、誘導電動機１の二次電流の瞬時値、その時の速度、測定開始、終了の時間信号が必要になる。特に測定開始のダウンストロークスタートの信号を如何にして検出するかが問題になる。勿論、各回転毎のクランク角ゼロ位置を検出する機械的又は磁気的センサをポンプジャックに設ければ、この問題は比較的に容易に解決できる。しかしながら、本発明では、システム構成を簡単にするためにこのような機械的、磁気的センサを使用しないで、減速機軸正味トルクのゼロ点がポンプジャックの機械定数によって決定される特別なクランク角度に固定されるために、誘導電動機１の二次電流のゼロクロス点もまたクランク角度に対して固定される点に着目し、この性質を応用することで解決している。
【００１０】
図８はポンプジャックが１００％速度で正常運転をしている時の誘導電動機１の二次電流とロッド位置をクランク角度（θ’ベース）に対してプロットした例である。この図において、本発明にては、Ａ点（０ｄｅｇ）からＢ点（１８０ｄｅｇ）迄の実際のダウンストロークに対して、Ａ’点（二次電流ゼロクロス点）からＢ点迄を基準サイクル時間とし次式にて求めている。
T _E＝(T_S/2)+(△θ/Vo)=(1/S)｛30+(△θ/6.0)｝ (sec) …（１）
但し、
T _E：二次電流の平均値又は実効値を演算するための基準ダウンストローク時間（sec）
T_S：ポンプジャックストローク時間＝60/S (sec)
S：ポンプジャックストローク速度（spm）
Vo：平均クランク回転速度=360/T_S=6.0×S（deg/sec）
△θ：二次電流のゼロクロス点に一致するクランク角度とアップストロークエンドのクランク角度間の相差角（deg）：（ポンプジャックの機械設計諸元によって既知）
したがって、ポンプジャックが運転中に、各ストロークサイクル毎にＡ’点を検出できれば、その時点から、Ｔ_E秒間、二次電流の微小時間△ｔ（sec）毎の二次電流瞬時値又は二次電流瞬時の２乗値を積算することによって、それぞれ、実効値又は平均値を次式で求めることが可能である。
Ｉ_2RMS＝｛Σ（Ｉ_2t ²×△ｔ）／Ｔ_E｝^1/2 （Ａ）…（２）
Ｉ_2AV＝Σ（Ｉ_2t×△ｔ）／Ｔ_E （Ａ）…（３）
但し、
Ｉ_2t：時刻ｔにおける二次電流の瞬時値（Ａ）
△ｔ：積分演算のための微小時間（sec）
【００１１】
次に、Ａ’点の検出方法について述べる。
Ａ’点は、アップストローク終了前のロッドトルクゼロの点であり、ダウンストローク終了付近のロッドトルクゼロ点と区別しなければならない。このため本発明では二次電流の方向と大きさ並びにそれら信号の論理操作を応用する。今、誘導電動機１が電動側トルクを発生している場合を二次電流のプラスとして設計した場合の例で説明する。
ポンプジャックのダウンストローク側の運転によって、誘導電動機１は制動トルクを発生し、二次電流はマイナスになるためこれを記憶する。次にポンプジャックがアップストローク側に移行したことを検出するために、実際の二次電流が５０％以上となったことを検出する手段を設ける。二次電流のマイナスの記憶と、この二次電流が５０％以上のＡＮＤ論理により、ポンプジャックが確かにダウンストロークからアップストロークに移ったことを検出記憶する。したがって、この時点から後に二次電流がプラスからゼロ、マイナスに移る時のゼロ点は上記のＡ’点であり、公知の論理操作によって容易に検出可能である。
なお、参考として図９に、以上に述べた二次電流の瞬時値の平均値、実効値の計算フローを示している。図２の演算器４１は、以上に述べた演算、記憶、論理制御の機能を持った演算器である。
次に、二次電流のゼロクロス点がポンプジャックの機械的定数によって決定されることを説明する。
二次電流の瞬時値は正味減速機軸トルクに正比例した値であり、そのゼロクロス点は次の正味減速機軸トルクの式のゼロを与える点である。
T_L=W_PR・TF+L_C・W_CB・cos(d-θ)=W_PR・TF+T_CB (kg-m) …（４）
但し、
T_L：正味減速機軸トルク（kg-m）
W_PR：ポリッシド荷重（kg）
TF：ポンプジャックのトルクファクタ（m）
L_C：カウンタバランスの回転半径（m）
W_CB：カウンタバランスの重量（kg）
ｄ：カウンタバランス効果が最大になる角度に一致する必要な位相角（deg） T_CB：カウンタバランストルク（kg-m）
（４）式のＴＦは、ポンプジャックのリンク機構による機械定数と、クランク回転角によって決定される。例えば、ポンプユニットＡＰＩＣ４５６−３０４−１２０では、１８２．１ｄｅｇと、３６６．０ｄｅｇにてＴＦはゼロになっている。また、他の例で、ＡＰＩＣ１１４−１４３−６４では、１８４．９ｄｅｇと、３５８．１ｄｅｇにてＴＦはゼロになっている。
但し、このＴＦを与える角度は、θ’ベースで表されている。したがって、もし、クランク角度もθに変えてθ’で表すならば、（４）式の第２項Ｔ_CBは、１８０ｄｅｇと３６０ｄｅｇでゼロになる。つまり、ＴＦのゼロ点とＴ_CBのゼロ点は非常に近くなる。したがって、Ｔ_Lゼロの点、つまり、二次電流のゼロ点はポンプジャックの機械的定数によって決定される特定の値に固定されることになる。即ち、前述の方法でＡ’点を検出すれば、クランク角度を検出するための機械的又は磁気的センサは必要でなくなる。
ポンプジャックの各サイクル毎の誘導電動機１の二次電流の平均値、実効値によって、ポンプオフ又はノーポンプオフを検出するための基準値は既に述べたように、例えば図６の容積効率６３．７％の各速度に対応した電流値を設定することで可能である。図２の二次電流基準発生器４２の内部には図６の様なデータが記憶されており、図示の様に速度の信号によって選択される様になっている。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ロッド荷重センサとマイクロコンピュータから構成される従来の高価なダイナグラフカードシステムを使用することなく、ポンプジャックの速度制御のために使用するインバータのなかにポンプオフ制御のソフトウェアを組み込むことで、安価になるのみならず、正確なポンプオフの検出ができる。
また、ポンプジャックの速度を制御するようにしているので、ポンプオフの検出によって、ポンプジャックの速度をポンプオフがない状態まで低下させることができる。これにより、ダウンホールポンプやサッカロッド系に無理を与えることなく、油井の継続的な生産を行なうことができる。即ち、一定速度駆動の従来のポンプジャックを適用した油井に比べ、由井の生産性を高め且つ設備の安全性を向上できる効果を奏でる。
また、浮遊ガスの増加、あるいは油井レベルの低下等の比較的長い時間の経過に伴う油井の状況の変化に対応して、事前にダウンホールポンプの最大速度を設定することができるので、ポンプオフになる可能性を低下せしめることが可能となり、それだけ、油井の安定な可動に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポンプオフ制御方法の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のポンプオフ制御装置の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】ポンプジャックの各サイクル毎の誘導電動機の二次電流の瞬時値の平均値、実効値によるポンプオフ検出の方法を説明するための図である。
【図４】ポンプジャックの各サイクル毎の誘導電動機の二次電流の瞬時値の平均値、実効値によるポンプオフ検出の方法を説明するための図である。
【図５】ポンプジャックの各サイクル毎の誘導電動機の二次電流の瞬時値の平均値、実効値によるポンプオフ検出の方法を説明するための図である。
【図６】ポンプジャックの各サイクル毎の誘導電動機の二次電流の瞬時値の平均値、実効値によるポンプオフ検出の方法を説明するための図である。
【図７】ポンプジャックの各サイクル毎の誘導電動機の二次電流の瞬時値の平均値、実効値によるポンプオフ検出の方法を説明するための図である。
【図８】ポンプジャックの各サイクル毎の誘導電動機の二次電流の瞬時値の平均値、実効値によるポンプオフ検出の方法を説明するための図である。
【図９】二次電流の瞬時値の平均値、実効値計算過程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１誘導電動機
２速度検出器
３ベクトル制御インバータ
４ポンプオフ制御装置
４１演算器
４２二次電流基準発生器
４３比較器
４４出力リレー
４５シーケンサ
４６速度指令関数発生器
４７主速度設定器
４８速度指令切替器
４９速度指令器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pump-off control method for a beam pump driven by a pump jack.
[0002]
[Prior art]
Sensors used for pump-off control in beam pump oil wells are from traditional methods that use fluid level and pressure detectors, flow sensors, vibration sensors, motor current sensors, etc. It has evolved into a modern dynagraph card system that can analyze and record data.
The recent modern dynagraph card method is said to be the most reliable and accurate as a pump-off detection method, but a rod load sensor such as a strain gauge is required for the sucker rod, and the detection signal of that sensor is used. Since the processing is related to the rotational position of the pump jack, a microcomputer device is required, and it has to be complicated and expensive. In addition, in the conventional method of placing the sensor in the downhole, there are problems such as difficulty in installing the sensor several thousand feet underground and wiring. The vibration sensor of the system installed on the ground has a problem of setting the vibration level of pump-off and no-pump-off, and accurate detection is difficult.
The method for detecting the motor current of the pump jack is that even if the sucker rod load is constant, the motor current changes due to the rotation of the pump jack, and the motor current becomes oscillating due to the characteristics of the soccer rod system. The pump-off was not accurately detected. In addition, the conventional method employs an induction motor that cannot adjust the speed of the pump jack vibration even if a modern dynagraph card method is employed. Therefore, the induction motor must be stopped even if a pump-off is detected. For this reason, the pump jack stopped due to a decrease in the suction pressure accompanying the increase in the primary floating gas of the downhole pump and the primary fluctuation of the liquid characteristics, thereby reducing the productivity of the oil well. In order to avoid this situation, (b) measures are taken to stop the pump only when pump-off is continuously detected three to five times or (b) to control the pump jack drive motor on and off.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the countermeasure of (a), for example, when the pump casing is partially filled with floating gas in each suction stroke, the opening of the discharge valve is slightly delayed due to the viscosity of the liquid, so that it is far from the highest position of the down stroke. At this position, the discharge valve opens, causing overpressure, bending the lower part of the rod, and possibly destroying the pump body.
In the measure (b), excessive mechanical or electrical stress is applied to the pump unit and the motor by repeating the on-off operation, and there is a disadvantage that the wear of the equipment is accelerated and the maintenance cost is increased.
Therefore, an object of the present invention is to provide a pump-off control method that can detect a pump-off state at low cost and does not stop the motor when the pump is off.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The pump-off control method according to claim 1 is the pump-off control method for a pump jack drive system in which the speed of the induction motor for driving the pump jack is controlled by an inverter of a variable voltage and variable frequency power supply. And the instantaneous value of the secondary current, the down stroke time of each cycle of the pump jack is detected, and the average value or effective value of the instantaneous value of the secondary current of the induction motor at the down stroke time of each cycle And the average value or effective value reference value of the secondary current of the induction motor for comparison with the calculated average value or effective value of the instantaneous value of the secondary current of the induction motor is set. The average value or effective value of the instantaneous value of the secondary current is compared with the average value reference value or effective reference value after the end of the downstroke of each cycle. The effective value of the instantaneous value than a large average value of the instantaneous value or the effective value reference value than Jun'ne detecting the pump off occurs when a large.
The average value reference value or effective value reference value of the secondary current of the induction motor may be set to a value corresponding to the pump speed of the pump jack. By doing so, it is possible to detect pump-off under the condition of constant volumetric efficiency.
In addition, when the pump-off condition is continuously detected more than once after the end of the downstroke, the pump jack speed is controlled to decrease by a preset speed, and a new secondary corresponding to the decreased speed is controlled. Set an average current value reference value or effective value reference value, calculate the average value or effective value of the actual instantaneous value of the secondary current in the downstroke after that point, and calculate the calculated value and the set reference value. If the calculated value is larger than the set reference value, it is detected that the pump-off condition still exists at the reduced speed, and this operation has been detected more than once in succession. In this case, the pump jack speed is controlled so as to be further reduced by a preset speed, and an average value reference or an effective value reference corresponding to the speed and the actual two at that speed are controlled. While the calculation average value or the calculation effective value of the instantaneous current value is compared sequentially to detect the pump-off, the pump jack speed is controlled to decrease step by step, thereby releasing the pump-off condition by speed control. You may make it do.
In addition, if the pump-off condition is detected, the speed is reduced by a preset speed, and the pump jack is operating at this new speed, the pump-off condition is not detected more than once in succession. The pump-off release is detected as the pump-off condition is canceled at this speed, the speed is increased by the speed reduced by the pump-off detection, and the new secondary current average value reference corresponding to the increased speed or By setting the effective value reference, calculating the average value or effective value of the actual instantaneous value of the secondary current in the downstroke after that point, and comparing this calculated value with the set reference value, If the calculated value is smaller than the set reference value, it is detected that the pump-off condition is still canceled at the increased speed. If operation is detected more than once in succession, the pump jack speed is controlled to be further increased by a preset speed, and the average or effective value reference corresponding to the speed and the actual two at that speed are controlled. By sequentially comparing the calculated average value or the calculated effective value of the next current sequential value and controlling the pump jack speed to gradually increase to the speed at which the pump jack condition is detected, You may make it recover the speed | rate reduced by pump-off to the predetermined pump jack operation speed, confirming cancellation | release.
[0005]
According to the above method, the pump-off control software is incorporated in the inverter used for speed control of the pump jack without using the conventional expensive dynagraph card system composed of the rod load sensor and the microcomputer. In addition to being inexpensive, accurate pump-off detection is possible.
In addition, since the speed of the pump jack is controlled, the speed of the pump jack can be reduced to a state where there is no pump-off by detecting the pump-off. As a result, the oil well can be continuously produced without overloading the downhole pump or the sucker rod system. In other words, compared to an oil well to which a conventional pump jack of constant speed drive is applied, it is possible to increase the productivity of Yui and improve the safety of equipment.
Also, the maximum speed of the downhole pump can be set in advance in response to changes in the state of the oil well with the passage of a relatively long time, such as an increase in floating gas or a decrease in the oil well level. It is possible to reduce the possibility that the oil well will be reduced, and that can contribute to the stable movement of the oil well.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a pump-off control method according to the present invention to which a vector control inverter that can easily extract an instantaneous value of a secondary current is applied, and FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a pump-off control device. is there.
In FIG. 1, 1 is an induction motor for driving a pump jack, 2 is a speed detector directly connected to the induction motor 1 and detects the speed of the induction motor 1, 3 is a vector control inverter having a known current minor loop, This is a pump-off control device.
The vector control inverter 3 includes a linear command device 31, a speed regulator 32, a current regulator 33, a PWM controller 34, a current transformer 35, and a vector calculator 36. The linear command unit 31 functions to limit the speed reference Np, which is the output of the pump-off control device 4, to an acceleration rate set therein and convert it to the speed reference Ns of the induction motor 1. The speed reference Ns is compared with the actual speed Ni detected by the speed detector 2, and the deviation is amplified by the speed regulator 32 to obtain the secondary current command I_2gIs output.
The motor current is detected by the current transformer 35, and only the secondary current component is I by the vector calculator 36.₂Is detected as a secondary current command I_2gCompared with Then, the deviation is amplified by the current regulator 33, the voltage pulse width is adjusted by the PWM controller 34, and the secondary current necessary for driving the load is supplied to the induction motor 1. In this way, the vector control inverter 3 automatically adjusts the motor speed so that the actual speed Ni becomes substantially equal to the speed reference Np. In this figure, the control circuit for the magnetic speed component current of the induction motor 1 required for vector control is well known and is omitted for the sake of simplicity because it is not directly related to the pump-off control of the present invention.
[0007]
As shown in FIG. 2, the pump-off control device 4 includes a computing unit 41, a secondary current reference generator 42, a comparator 43, an output relay 44, a sequencer 45, a speed command function generator 46, and a main speed setting device for the pump jack. 47, a speed command switch 48 and a speed command 49 are provided. The calculator 41 has a function of calculating and storing an effective value and an average value of an instantaneous value of the secondary current with respect to each downstroke time of the pump jack, and corresponds to the actual speed Ni of the induction motor 1 by a method described later. I_2RMS, I_2AVIs detected. The secondary current reference generator 42 is an average value reference I of the secondary current when there is no pump-off, that is, during normal operation._2AV ^*Or RMS value standard I_2RMS ^*And the set value is adjusted corresponding to the actual speed Ni of the pump jack.
Average value I of instantaneous value of secondary current actually detected_2AVOr effective value I_2RMSAre the respective set values I_2AV ^*Or I_2RMS ^*And the comparator 43. If I_2AV> I_2AV ^*Or I_2RMS> I_2RMS ^*Then, the output relay 44 is switched to the DN side. Conversely, I_2AV≦ I_2AV ^*Or I_2RMS≦ I_2RMS ^*Then, the output relay 44 is switched to the UP side. I_2AV> I_2AV ^*Or I_2RMS> I_2RMS ^*Is detection of occurrence of pump-off as described later, and I_2AV≦ I_2AV ^*Or I_2RMS≦ I_2RMS ^*Detects the release.
The sequencer 45 has a function for overall control of the pump-off sequence and a function for issuing a speed command for decreasing and increasing the speed of the pump jack in response to the occurrence and release of the pump-off. That is, the DN or UP signal of the output relay 44 is counted. For example, when the DN signal is detected twice or more continuously, the pump-off sequence program is started.
When the pump-off sequence program is started, the sequencer 45 automatically determines the notch of the pump jack speed during operation, and controls the speed command function generator 46 so that the speed becomes 1 notch lower than that. Conversely, if the UP signal is counted twice in succession, the pump-off reset (pump-off release) sequence program is started, and the pump jack speed is one notch higher than the operating speed, contrary to the case of the pump-off occurrence described above. The speed command function generator 46 is controlled so that the speed becomes high.
The main speed setter 47 sets the maximum speed corresponding to the state of the oil well at that time, for example, Nps = 100% speed, 80% speed. Therefore, when the pump-off is detected during operation at the set speed, the speed command function generator 46 forcibly lowers the speed by one notch. That is, the pump jack speed is ΔNpn → ΔNp₁Nps-△ Np₁= Np and wait for the pump-off condition to disappear. When the reading pump-off is detected, another notch, for example, ΔNp₂= 2 × △ Np₁Only slow down.
However, when Nps−Npn ≦ 0, the pump jack stops. In this case, the pump stop / control switching sequence program in the sequencer 45 is started. In this pump stop / control switching sequence program, the pump-off program is stopped and the speed command switch 48 is switched to the speed command 49 side. The speed command unit 49 generates a slow speed command for searching for the presence or absence of a pump-off condition. When this switching is completed, the no-pump off searching program in the sequencer 45 is activated. This is a control program for forcibly restarting the pump jack that has been stopped when the pump is turned off again after a certain period of time, causing it to operate at a slow speed, and checking for the pump off condition during the slow speed operation. And the on / off of the fine speed command of the speed command device 49 and the presence / absence of the pump off during the slow speed operation are checked.
When the pump-off release is detected continuously twice or more during the slow speed operation, the no-pump-off searching program switches the speed command switch 48 to the main speed setting Nps side and restarts the pump-off control sequence program. In this way, the pump jack is controlled again at a speed of Nps-.DELTA.Npn = Np, and it is automatically increased while confirming the release of the pump-off condition in sequence, and the initial speed set. Restore to Nps. As described above, the pump-off control device 4 calculates and stores the average value or effective value of the instantaneous value of the secondary current of the induction motor 1, and compares them with the respective reference values to release the pump-off or pump-off. Is detected.
[0008]
Hereinafter, the reason why the pump-off can be detected by detecting the average value or effective value of the instantaneous value of the secondary current of the induction motor 1 will be described.
FIG. 3 shows a pump jack rated stroke speed of 11.3 stroke / min, pump unit: APIC 114-143-64 pump unit, sucker rod torque and net deceleration when operating at 50% of the rated speed. The axle torque and the secondary current of the induction motor 1 are obtained by computer simulation. The pump jack stroke position is also shown in the figure.
FIG. 3A shows characteristics when the pump-off has not occurred, that is, in a normal operation, and FIG. 3B shows characteristics when pump-off has occurred and the volumetric efficiency has decreased to 64%. By comparing these (a) and (b), the pump-off occurs when the sucker rod torque or the net speed reducer shaft torque during the down stroke or the secondary current of the induction motor 1 decreases. You can see that the time is late.
Therefore, if these instantaneous values are detected corresponding to a specific stroke position and compared with a reference value in normal operation without pump-off, the pump-off can be detected. For example, in this embodiment, the crank angle is 66 deg (the crank angle measured with the crank angle of the pump jack when the tip position of the pump jack is at the highest position being 0 deg (hereinafter, this angle is referred to as the θ ′ base angle). ) It is possible to detect the pump-off by detecting the nearby positions and comparing the value of the secondary current of the induction motor 1 at that time with the value of the secondary current in the normal operation.
FIG. 4 is obtained by performing computer simulation analysis on the same pump jack when the pump jack stroke speed is 25% and the volumetric efficiency ηv of the pump is 40% and 63.7%. In addition, the secondary current of the induction motor 1 is plotted against the crank angle (θ ′ base). Even if the volumetric efficiency decreases as shown in the figure, the occurrence of pump-off can be detected by the method described above. However, in the present embodiment, as the speed of the pump jack increases, the secondary current of the induction motor 1 responds to vibration due to the vibration characteristics of the sucker rod system, and the secondary with respect to the specific crank angle as described above. With the method of comparing the instantaneous value of the current with the reference value, it is difficult to reliably detect the pump-off.
FIG. 5 shows this. This figure plots the results of computer simulation analysis of the secondary current of the induction motor 1 when the pump-off occurs at 100% stroke speed and during normal operation with respect to the crank angle. As shown in the figure, it is found that accurate detection of pump-off becomes difficult by comparing the instantaneous value of the secondary current near the crank angle of 66 deg with the reference value.
In the present invention, this problem is solved by the method of detecting the average value or effective value of the secondary current of the induction motor 1 with respect to the town stroke time (strictly, the reference down stroke time as described later) as described above. did.
[0009]
Hereinafter, it will be described that the pump-off can be detected by the average value or the effective value of the instantaneous value of the secondary current of the induction motor 1 for each down cycle.
FIG. 6 shows the average value and effective value of the secondary current of the induction motor 1 during the downstroke, which are obtained by computer analysis. The volumetric efficiency is on the X axis and the secondary current I of the induction motor 1 is on the Y axis._2RMS, I_2AVThe stroke speed of the pump jack, 1.00 p. u. (100% speed), 0.5 p. u. (50% speed), 0.25 p. u. The results of analysis for the case of (25% speed) are plotted.
During normal operation without pump-off, the volumetric efficiency is almost 100%, and the volumetric efficiency gradually decreases as the pump-off becomes severe. Considering the state change of the oil well, if the volumetric efficiency drops below 63.7% (0 · 637 p.u.), it will be detected as the occurrence of pump-off. As shown in FIG. 7, the secondary current value when the value is off and the pump-off occurs are greatly different.
(Note 1) I_2RMS: Down stroke
RMS value calculated from instantaneous secondary current (A)
I_2AV: Down stroke
Average value calculated from instantaneous secondary current (A)
(Note 2) Rated secondary current of the motor: 36.9 (A)
That is, if this current difference is used, it is clear that the pump-off can be accurately detected by, for example, digital current difference calculation.
Next, a method of calculating the effective value or average value of the instantaneous value of the secondary current at each town stroke will be described.
This calculation requires the instantaneous value of the secondary current of the induction motor 1, the speed at that time, and the time signal for starting and ending the measurement. In particular, the problem is how to detect the downstroke start signal at the start of measurement. Of course, if the pump jack is provided with a mechanical or magnetic sensor for detecting the crank angle zero position for each rotation, this problem can be solved relatively easily. However, in the present invention, the zero point of the reduction gear shaft net torque is set to a special crank angle determined by the mechanical constant of the pump jack without using such mechanical and magnetic sensors in order to simplify the system configuration. Since it is fixed, the zero-cross point of the secondary current of the induction motor 1 is also fixed with respect to the crank angle, and this problem is solved by applying this property.
[0010]
FIG. 8 is an example in which the secondary current of the induction motor 1 and the rod position when the pump jack is operating normally at 100% speed are plotted against the crank angle (θ ′ base). In this figure, in the present invention, the reference cycle time is set from point A ′ (secondary current zero cross point) to point B with respect to the actual downstroke from point A (0 deg) to point B (180 deg). The following formula is used.
T_E= (T_S/2)+(△θ/Vo)=(1/S){30+(△θ/6.0)} (sec) (1)
However,
T_E: Reference down stroke time for calculating the average value or effective value of secondary current (sec)
T_S: Pump jack stroke time = 60 / S (sec)
S: Pump jack stroke speed (spm)
Vo: Average crank rotation speed = 360 / T_S= 6.0 × S (deg / sec)
Δθ: Phase difference angle (deg) between the crank angle corresponding to the zero cross point of the secondary current and the crank angle at the upstroke end: (known from the mechanical design specifications of the pump jack)
Therefore, if the A 'point can be detected for each stroke cycle while the pump jack is in operation, T_EBy integrating the secondary current instantaneous value or the square value of the secondary current instantaneous value every second minute time Δt (sec) of the secondary current, the effective value or the average value can be obtained by the following equations, respectively. It is.
I_2RMS= {Σ (I_2t ²× △ t) / T_E}^1/2 (A) ... (2)
I_2AV= Σ (I_2t× △ t) / T_E (A) ... (3)
However,
I_2t: Instantaneous value of secondary current at time t (A)
Δt: Minute time for integral calculation (sec)
[0011]
Next, a method for detecting the A ′ point will be described.
Point A 'is a point at which the rod torque is zero before the end of the up stroke, and must be distinguished from a rod torque zero point near the end of the down stroke. For this reason, the present invention applies the direction and magnitude of the secondary current and the logical operation of these signals. Now, the case where the induction motor 1 generates the electric side torque will be described as an example of the case where the induction motor 1 is designed as a positive secondary current.
Due to the operation of the pump jack on the down stroke side, the induction motor 1 generates a braking torque, and the secondary current becomes negative, which is stored. Next, in order to detect that the pump jack has moved to the up stroke side, a means for detecting that the actual secondary current has reached 50% or more is provided. Based on the negative storage of the secondary current and the AND logic of the secondary current being 50% or more, it is detected and stored that the pump jack has surely shifted from the down stroke to the up stroke. Therefore, the zero point when the secondary current changes from plus to zero and minus after this point is the A 'point, and can be easily detected by a known logical operation.
For reference, FIG. 9 shows a calculation flow of the average value and the effective value of the instantaneous values of the secondary current described above. The computing unit 41 in FIG. 2 is a computing unit having the above-described computation, storage, and logic control functions.
Next, it will be explained that the zero crossing point of the secondary current is determined by the mechanical constant of the pump jack.
The instantaneous value of the secondary current is a value that is directly proportional to the net reduction gear shaft torque, and the zero cross point is a point that gives zero in the next net reduction gear shaft torque equation.
T_L= W_PR・ TF + L_C・ W_CB・ Cos (d-θ) = W_PR・ TF + T_CB (kg-m) (4)
However,
T_L: Net reducer shaft torque (kg-m)
W_PR: Polysid load (kg)
TF: Pump jack torque factor (m)
L_C: Counter balance turning radius (m)
W_CB: Counter balance weight (kg)
d: Necessary phase angle (deg) T corresponding to the angle at which the counterbalance effect is maximized_CB: Counter balance torque (kg-m)
The TF in equation (4) is determined by the mechanical constant of the pump jack link mechanism and the crank rotation angle. For example, in the pump unit APIC 456-304-120, TF is zero at 182.1 deg and 366.0 deg. In another example, in APIC 114-143-64, TF is zero at 184.9 deg and 358.1 deg.
However, the angle giving this TF is expressed on the basis of θ ′. Therefore, if the crank angle is also changed to θ and expressed by θ ′, the second term T in equation (4)_CBBecomes zero at 180 deg and 360 deg. In other words, TF zero point and T_CBThe zero point of is very close. Therefore, T_LThe zero point, i.e. the zero point of the secondary current, will be fixed to a specific value determined by the mechanical constant of the pump jack. That is, if the A ′ point is detected by the above-described method, a mechanical or magnetic sensor for detecting the crank angle is not necessary.
The reference value for detecting pump-off or no-pump-off based on the average value and effective value of the secondary current of the induction motor 1 for each cycle of the pump jack is as described above, for example, the volumetric efficiency 63.7 in FIG. % Is possible by setting the current value corresponding to each speed. The data as shown in FIG. 6 is stored in the secondary current reference generator 42 of FIG. 2, and is selected by a speed signal as shown.
[0012]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an inverter used for speed control of a pump jack can be used without using a conventional expensive dynagraph card system composed of a rod load sensor and a microcomputer. By incorporating the pump-off control software, not only is it inexpensive, but accurate pump-off detection is possible.
Further, since the speed of the pump jack is controlled, the speed of the pump jack can be reduced to a state where there is no pump-off by detecting the pump-off. As a result, the oil well can be continuously produced without overloading the downhole pump or the sucker rod system. In other words, compared to an oil well to which a conventional pump jack of constant speed drive is applied, it is possible to increase the productivity of Yui and improve the safety of equipment.
Also, the maximum speed of the downhole pump can be set in advance in response to changes in the state of the oil well with the passage of a relatively long time, such as an increase in floating gas or a decrease in the oil well level. It is possible to reduce the possibility that the oil well will be reduced, and that can contribute to the stable movement of the oil well.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a pump-off control method according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the pump-off control device of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram for explaining a pump-off detection method based on an average value and an effective value of instantaneous values of secondary currents of the induction motor for each cycle of the pump jack.
FIG. 4 is a diagram for explaining a pump-off detection method based on an average value and an effective value of instantaneous values of secondary currents of the induction motor for each cycle of the pump jack.
FIG. 5 is a diagram for explaining a pump-off detection method based on an average value and an effective value of instantaneous values of secondary currents of the induction motor for each cycle of the pump jack.
FIG. 6 is a diagram for explaining a pump-off detection method based on an average value and an effective value of instantaneous values of secondary currents of the induction motor for each cycle of the pump jack.
FIG. 7 is a diagram for explaining a pump-off detection method based on an average value and an effective value of instantaneous values of secondary currents of the induction motor for each cycle of the pump jack.
FIG. 8 is a diagram for explaining a pump-off detection method based on an average value and an effective value of instantaneous values of secondary currents of the induction motor for each cycle of the pump jack.
FIG. 9 is a flowchart showing a process of calculating an average value and an effective value of instantaneous values of secondary currents.
[Explanation of symbols]
1 Induction motor
2 Speed detector
3 Vector control inverter
4 Pump-off control device
41 Calculator
42 Secondary current reference generator
43 comparator
44 Output relay
45 Sequencer
46 Speed command function generator
47 Main speed setting device
48 Speed command selector
49 Speed command device

Claims

In the pump-off control method of the pump jack drive system in which the speed of the induction motor that drives the pump jack is controlled by a variable voltage, variable frequency power source inverter,
Detect the instantaneous value of the speed and secondary current of the induction motor,
Detecting the downstroke time for each cycle of the pump jack;
Calculate the average value or effective value of the instantaneous value of the secondary current of the induction motor at the downstroke time for each cycle,
Set the average value or effective value reference value of the secondary current of the induction motor for comparison with the average value or effective value of the instantaneous value of the calculated secondary current of the secondary motor,
Compare the average value or effective value of the instantaneous value of the secondary current and the average value reference value or effective reference value after the end of the downstroke of each cycle,
A pump-off control method for detecting occurrence of pump-off when an average value of instantaneous values is larger than the average value reference value or when an effective value of instantaneous values is larger than the effective value reference value.

2. The pump-off control method according to claim 1, wherein an average value reference value or an effective value reference value of the secondary current of the induction motor is set to a value corresponding to a pump speed of the pump jack.

When the pump-off condition is continuously detected more than once after the end of the downstroke, the pump jack speed is controlled to be reduced by a preset speed, and a new secondary current corresponding to the reduced speed is controlled. An average value reference value or an effective value reference value is set, an average value or an effective value of an actual instantaneous value of the secondary current in the town stroke after that time is calculated, and the calculated value and the set reference value are calculated. If the calculated value is larger than the set reference value, it is detected that the pump-off condition still exists at the reduced speed, and this operation is detected more than once continuously. The pump jack speed is controlled to be further reduced by a preset speed, and the average or effective value reference corresponding to the speed and the actual secondary at that speed are controlled. 3. The control according to claim 1, wherein the pump jack speed is controlled to be lowered step by step while detecting the pump-off by sequentially comparing the calculated average value or the calculated effective value of the instantaneous flow values. The pump-off control method as described.

If the pump-off condition is detected, the speed is reduced by a preset speed, and the pump jack is operating at this new speed, and the pump-off condition is not detected more than once in succession, this The pump-off release is detected as if the pump-off condition was released at the speed, the speed is increased by the speed reduced by the pump-off detection, and the new secondary current average value reference or effective value corresponding to the increased speed is detected. Set the reference, calculate the average or effective value of the instantaneous value of the actual secondary current in the downstroke after that time, and compare the calculated value with the set reference value If the value is smaller than the set reference value, it is detected that the pump-off condition is still canceled at the increased speed, and this operation is continued. If more than once are detected, the pump jack speed is controlled to be further increased by a preset speed, and the average value reference or effective value reference corresponding to the speed and the actual secondary current sequentially at that speed are sequentially 4. The operation average value or the operation effective value of the values is sequentially compared, and the pump jack speed is controlled to be increased step by step until the speed at which the pump jack condition is detected. The pump-off control method according to claim 1.