JPH11241687A - ポンプジャックの速度制御方法および装置 - Google Patents
ポンプジャックの速度制御方法および装置Info
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- JPH11241687A JPH11241687A JP10045606A JP4560698A JPH11241687A JP H11241687 A JPH11241687 A JP H11241687A JP 10045606 A JP10045606 A JP 10045606A JP 4560698 A JP4560698 A JP 4560698A JP H11241687 A JPH11241687 A JP H11241687A
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- pump jack
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- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ポンプジャックの高速化によりサッカーロッド
系の動荷重が著しく増加するためその連結部の破損を起
こすことがあったが、これを無くする。 【解決手段】可変電圧、可変周波数電源によってポンプ
ジャック駆動電動機の速度を制御することによるポンプ
ジャックの速度制御方法において、ポンプジャックのダ
ウンストロークエンド直前（Ｖｄ”閉”）からストロー
クエンドおよびアップストロークでポンプ負荷のオンロ
ードが完了する（Ｖｓ”閉”）まで、ポンプジャックス
トローク速度を定格速度より低速で制御し、ポンプ負荷
のオンロードが完了した（Ｖｓ”閉”）後は、ポンプジ
ャックストローク速度を定格速度まで加速する。その
際、加速はサッカーロッド系の固有振動数と加速時間の
積の余弦関数が１となる加速度値とする。
系の動荷重が著しく増加するためその連結部の破損を起
こすことがあったが、これを無くする。 【解決手段】可変電圧、可変周波数電源によってポンプ
ジャック駆動電動機の速度を制御することによるポンプ
ジャックの速度制御方法において、ポンプジャックのダ
ウンストロークエンド直前（Ｖｄ”閉”）からストロー
クエンドおよびアップストロークでポンプ負荷のオンロ
ードが完了する（Ｖｓ”閉”）まで、ポンプジャックス
トローク速度を定格速度より低速で制御し、ポンプ負荷
のオンロードが完了した（Ｖｓ”閉”）後は、ポンプジ
ャックストローク速度を定格速度まで加速する。その
際、加速はサッカーロッド系の固有振動数と加速時間の
積の余弦関数が１となる加速度値とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ポンプジャック
で駆動されるビームポンプのサッカーロッド荷重の動荷
重を速度制御によって低減し、ポンプジャックを規定速
度以上の高速で運転出来るようにしたポンプジャックの
制御方法及び装置に関する。
で駆動されるビームポンプのサッカーロッド荷重の動荷
重を速度制御によって低減し、ポンプジャックを規定速
度以上の高速で運転出来るようにしたポンプジャックの
制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ビームポンプ油井において、原油の生産
量を高める手段としては、油井の状況の変化に対応し、
特にポンプオフ条件の適確な検出によって、サッカーロ
ッドやダウンホールポンプの重大な故障を保護し、もっ
て原油の連続的生産を行なうことに努力が払われてい
た。最近になって、ポンプジャックの駆動に従来の誘導
電動機による定速駆動に代わって可変速駆動が用いられ
るようになり、ポンプジャックの高速駆動、つまりポン
プジャックのサイクルタイムを短くすることが提案され
るようになった。この代表的な方式は、ポンプジャック
の負荷が軽い時にはポンプジャックの速度を上昇せしめ
て駆動電動機を定出力駆動系として運転するものであっ
た。例えば、電動機の駆動電源にインバータを採用し、
定格周波数以上では電圧を一定に保ち、近似的に定出力
制御を行なう方式である。図８および図９は、従来の制
御方式によるポンプストロークとサッカーロッド加重の
関係を示す特性図である。図８には１００％ポンプスト
ローク速度で駆動した場合が示されている。同図に示す
ように、ポンプ負荷が急激にロード（ＵＰ）、アンロー
ド（ＤＯＷＮ）されるために、サッカーロッド加重
（３）が脈動していることがわかる。また、ポンプ負荷
がロード（ＵＰ）される区間において、定格ロッド荷重
を越えるピーク荷重が掛かっていることがわかる。図９
はポンプストローク速度を２倍とした例を示している。
同図ではサッカーロッド荷重（３）の脈動振幅が大きく
なり、定格ロッド荷重をはるかに越えるものとなること
が観察される。さらに、図１０は、ポンプストローク速
度とサッカーロッド荷重の関係をプロットした線図であ
る。この図から、速度を２倍とした場合の動荷重は、 ２．３９／１．４７＝１．６３倍 にもなり、油井の生産性を高めるためにポンプジャック
の速度を速めてサイクルタイムを短縮したい場合には、
サッカーロッド系の動荷重増加を抑制する手段が必要で
あることを示している。
量を高める手段としては、油井の状況の変化に対応し、
特にポンプオフ条件の適確な検出によって、サッカーロ
ッドやダウンホールポンプの重大な故障を保護し、もっ
て原油の連続的生産を行なうことに努力が払われてい
た。最近になって、ポンプジャックの駆動に従来の誘導
電動機による定速駆動に代わって可変速駆動が用いられ
るようになり、ポンプジャックの高速駆動、つまりポン
プジャックのサイクルタイムを短くすることが提案され
るようになった。この代表的な方式は、ポンプジャック
の負荷が軽い時にはポンプジャックの速度を上昇せしめ
て駆動電動機を定出力駆動系として運転するものであっ
た。例えば、電動機の駆動電源にインバータを採用し、
定格周波数以上では電圧を一定に保ち、近似的に定出力
制御を行なう方式である。図８および図９は、従来の制
御方式によるポンプストロークとサッカーロッド加重の
関係を示す特性図である。図８には１００％ポンプスト
ローク速度で駆動した場合が示されている。同図に示す
ように、ポンプ負荷が急激にロード（ＵＰ）、アンロー
ド（ＤＯＷＮ）されるために、サッカーロッド加重
（３）が脈動していることがわかる。また、ポンプ負荷
がロード（ＵＰ）される区間において、定格ロッド荷重
を越えるピーク荷重が掛かっていることがわかる。図９
はポンプストローク速度を２倍とした例を示している。
同図ではサッカーロッド荷重（３）の脈動振幅が大きく
なり、定格ロッド荷重をはるかに越えるものとなること
が観察される。さらに、図１０は、ポンプストローク速
度とサッカーロッド荷重の関係をプロットした線図であ
る。この図から、速度を２倍とした場合の動荷重は、 ２．３９／１．４７＝１．６３倍 にもなり、油井の生産性を高めるためにポンプジャック
の速度を速めてサイクルタイムを短縮したい場合には、
サッカーロッド系の動荷重増加を抑制する手段が必要で
あることを示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上、従来例に述べた
ような、ポンプジャックの高速化によって油井の生産性
を高める手段では、サイクルタイムの短縮と云う生産性
向上の直接的効果をもたらし得るものの、サッカーロッ
ド系の動荷重が著しく増加するため、サッカーロッド系
連結部の強度を脅かし、場合によっては連結部の破損、
或いは異状な摩耗を起こすことがあった。そのため、従
来提案されたポンプジャックの高速運転方式はほとんど
実用に供されるに至っていないのが現状であった。そこ
でこの発明はこの動荷重を抑制する制御方式を提供し、
ポンプジャックの高速化を可能とすのみならず、従来の
規定速度での運転においても従来方式以上にサッカーロ
ッド系を安全にかつ長寿命に運転出来る制御を提供する
ことを目的とする。
ような、ポンプジャックの高速化によって油井の生産性
を高める手段では、サイクルタイムの短縮と云う生産性
向上の直接的効果をもたらし得るものの、サッカーロッ
ド系の動荷重が著しく増加するため、サッカーロッド系
連結部の強度を脅かし、場合によっては連結部の破損、
或いは異状な摩耗を起こすことがあった。そのため、従
来提案されたポンプジャックの高速運転方式はほとんど
実用に供されるに至っていないのが現状であった。そこ
でこの発明はこの動荷重を抑制する制御方式を提供し、
ポンプジャックの高速化を可能とすのみならず、従来の
規定速度での運転においても従来方式以上にサッカーロ
ッド系を安全にかつ長寿命に運転出来る制御を提供する
ことを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明によれば、可変電圧、可変周波
数電源によってポンプジャック駆動電動機の速度を制御
することによるポンプジャックの速度制御方法におい
て、ポンプジャックのダウンストロークエンド直前から
ストロークエンドおよびアップストロークでポンプ負荷
のオンロードが完了するまで、ポンプジャックストロー
ク速度を定格速度より可能な限り低速で制御し、ポンプ
負荷のオンロードが完了した後は、ポンプジャックスト
ローク速度を定格速度まで加速すること、を特徴として
いる。また、請求項２記載の発明によれば、上記ポンプ
ジャックの速度制御方法において、前記加速はサッカー
ロッド系の固有振動数に対応したものであること、を特
徴としている。さらに、請求項３記載の発明によれば、
上記ポンプジャックの速度制御方法において、前記加速
はサッカーロッド系の固有振動数と加速時間の積の余弦
関数が１となる加速度値であること、を特徴としてい
る。また、請求項４記載の発明によれば、速度指令器
と、ポンプジャック駆動電動機の速度検出器と、前記速
度指令器の指令値と前記速度検出器の検出値との差から
実際速度を指令速度に等しくするためのフイードバック
制御装置と、を備えて成るポンプジャック駆動電動機の
速度を制御することによるポンプジャックの速度制御装
置において、さらに、基準速度設定器と、ソフトローデ
ィング速度設定器と、前記速度指令器に前記基準速度設
定器と前記ソフトローディング速度設定器との信号を選
択的に供給する出力リレーと、ポンプジャックのストロ
ーク位置を電気量で設定するストローク位置設定器と、
ポンプジャックのストローク位置を連続的に検出するス
トローク位置演算器と、を有し、前記ストローク位置演
算器の信号に基づいて前記出力リレーを基準速度設定器
側からソフトローディング速度設定器側に切り換え、ス
トローク位置が前記ストローク位置設定器の設定値とな
った際に前記出力リレーをソフトローディング速度設定
器側から基準速度設定器側に切り換えることを特徴とし
ている。また、請求項５記載の発明によれば、速度指令
器と、ポンプジャック駆動電動機の速度検出器と、該駆
動電動機の２次電流瞬時値検出演算器と、前記速度指令
器の指令値と前記速度検出器の検出値との差から２次電
流指令値を求める２次電流指令値演算器と、該２次電流
指令値と前記２次電流瞬時値検出演算器の出力値との差
から実際速度を指令速度に等しくするための電圧パルス
幅を演算し前記駆動電動機に出力するＰＷＭ制御器と、
を備えて成るポンプジャック駆動用誘導電動機の速度を
制御することによるポンプジャックの速度制御装置にお
いて、さらに、基準速度設定器と、ソフトローディング
速度設定器と、前記速度指令器に前記基準速度設定器と
前記ソフトローディング速度設定器との信号を選択的に
供給する出力リレーと、ポンプジャックのストローク位
置を電気量で設定するストローク位置設定器と、ポンプ
ジャックのストローク位置を連続的に検出するストロー
ク位置演算器と、を有し、前記ストローク位置演算器の
信号に基づいて前記出力リレーを基準速度設定器側から
ソフトローディング速度設定器側に切り換え、ストロー
ク位置が前記ストローク位置設定器の設定値となった際
に前記出力リレーをソフトローディング速度設定器側か
ら基準速度設定器側に切り換えることを特徴としてい
る。また、請求項６記載の発明によれば、前記ポンプジ
ャックの速度制御装置において、さらに、ポンプジャッ
クによって駆動されるサッカーロッド系の固有振動数を
設定する固有振動数設定器と、前記基準速度設定器とソ
フトローディング速度設定器の出力との差信号と前記固
有振動数設定器の信号とを入力して固有振動数と加速時
間の積の余弦関数が１となる加速度値を前記速度指令器
に出力する加速時間演算器と、を有し、前記加速時間演
算器の信号と、前記ストローク位置演算器の信号と、前
記ストローク位置設定器の信号と、電動機速度とから減
速開始点を演算して前記出力リレーを基準側からソフト
ローディング側に切り換えて減速運転させ、該減速運転
によりソフトローディング速度に達した後に前記出力リ
レーをソフトローディング側から基準側に切り換えて前
記加速時間演算器の与える加速度で電動機を増速せしめ
ること、を特徴としている。そして、請求項７記載の発
明によれば、前記ポンプジャックの速度制御装置におい
て、ストローク位置演算器は、ポンプジャック駆動電動
機の二次電流に比例した値を入力してストローク位置を
演算することを特徴としている。さらに、請求項８記載
の発明によれば、前記ポンプジャックの速度制御装置に
おいて、ストローク位置検出器は、ポンプジャックのク
ランクの位置を機械的・電気的・電磁的・光学的センサ
のいずれかで感知することを特徴としている。以上の構
成によって、ポンプのアンロード時等の所要時に低速運
転されるソフトローディング速度運転に転じて、低速で
ロード運転に入れるので、サッカーロッド荷重を抑制で
き、また、ソフトローディング速度から増速する際に、
固有振動数と加速時間の積の余弦関数が１となる加速度
で増速されるため、振動数荷重が零となるので上記目的
が叶えられる。
め、請求項１記載の発明によれば、可変電圧、可変周波
数電源によってポンプジャック駆動電動機の速度を制御
することによるポンプジャックの速度制御方法におい
て、ポンプジャックのダウンストロークエンド直前から
ストロークエンドおよびアップストロークでポンプ負荷
のオンロードが完了するまで、ポンプジャックストロー
ク速度を定格速度より可能な限り低速で制御し、ポンプ
負荷のオンロードが完了した後は、ポンプジャックスト
ローク速度を定格速度まで加速すること、を特徴として
いる。また、請求項２記載の発明によれば、上記ポンプ
ジャックの速度制御方法において、前記加速はサッカー
ロッド系の固有振動数に対応したものであること、を特
徴としている。さらに、請求項３記載の発明によれば、
上記ポンプジャックの速度制御方法において、前記加速
はサッカーロッド系の固有振動数と加速時間の積の余弦
関数が１となる加速度値であること、を特徴としてい
る。また、請求項４記載の発明によれば、速度指令器
と、ポンプジャック駆動電動機の速度検出器と、前記速
度指令器の指令値と前記速度検出器の検出値との差から
実際速度を指令速度に等しくするためのフイードバック
制御装置と、を備えて成るポンプジャック駆動電動機の
速度を制御することによるポンプジャックの速度制御装
置において、さらに、基準速度設定器と、ソフトローデ
ィング速度設定器と、前記速度指令器に前記基準速度設
定器と前記ソフトローディング速度設定器との信号を選
択的に供給する出力リレーと、ポンプジャックのストロ
ーク位置を電気量で設定するストローク位置設定器と、
ポンプジャックのストローク位置を連続的に検出するス
トローク位置演算器と、を有し、前記ストローク位置演
算器の信号に基づいて前記出力リレーを基準速度設定器
側からソフトローディング速度設定器側に切り換え、ス
トローク位置が前記ストローク位置設定器の設定値とな
った際に前記出力リレーをソフトローディング速度設定
器側から基準速度設定器側に切り換えることを特徴とし
ている。また、請求項５記載の発明によれば、速度指令
器と、ポンプジャック駆動電動機の速度検出器と、該駆
動電動機の２次電流瞬時値検出演算器と、前記速度指令
器の指令値と前記速度検出器の検出値との差から２次電
流指令値を求める２次電流指令値演算器と、該２次電流
指令値と前記２次電流瞬時値検出演算器の出力値との差
から実際速度を指令速度に等しくするための電圧パルス
幅を演算し前記駆動電動機に出力するＰＷＭ制御器と、
を備えて成るポンプジャック駆動用誘導電動機の速度を
制御することによるポンプジャックの速度制御装置にお
いて、さらに、基準速度設定器と、ソフトローディング
速度設定器と、前記速度指令器に前記基準速度設定器と
前記ソフトローディング速度設定器との信号を選択的に
供給する出力リレーと、ポンプジャックのストローク位
置を電気量で設定するストローク位置設定器と、ポンプ
ジャックのストローク位置を連続的に検出するストロー
ク位置演算器と、を有し、前記ストローク位置演算器の
信号に基づいて前記出力リレーを基準速度設定器側から
ソフトローディング速度設定器側に切り換え、ストロー
ク位置が前記ストローク位置設定器の設定値となった際
に前記出力リレーをソフトローディング速度設定器側か
ら基準速度設定器側に切り換えることを特徴としてい
る。また、請求項６記載の発明によれば、前記ポンプジ
ャックの速度制御装置において、さらに、ポンプジャッ
クによって駆動されるサッカーロッド系の固有振動数を
設定する固有振動数設定器と、前記基準速度設定器とソ
フトローディング速度設定器の出力との差信号と前記固
有振動数設定器の信号とを入力して固有振動数と加速時
間の積の余弦関数が１となる加速度値を前記速度指令器
に出力する加速時間演算器と、を有し、前記加速時間演
算器の信号と、前記ストローク位置演算器の信号と、前
記ストローク位置設定器の信号と、電動機速度とから減
速開始点を演算して前記出力リレーを基準側からソフト
ローディング側に切り換えて減速運転させ、該減速運転
によりソフトローディング速度に達した後に前記出力リ
レーをソフトローディング側から基準側に切り換えて前
記加速時間演算器の与える加速度で電動機を増速せしめ
ること、を特徴としている。そして、請求項７記載の発
明によれば、前記ポンプジャックの速度制御装置におい
て、ストローク位置演算器は、ポンプジャック駆動電動
機の二次電流に比例した値を入力してストローク位置を
演算することを特徴としている。さらに、請求項８記載
の発明によれば、前記ポンプジャックの速度制御装置に
おいて、ストローク位置検出器は、ポンプジャックのク
ランクの位置を機械的・電気的・電磁的・光学的センサ
のいずれかで感知することを特徴としている。以上の構
成によって、ポンプのアンロード時等の所要時に低速運
転されるソフトローディング速度運転に転じて、低速で
ロード運転に入れるので、サッカーロッド荷重を抑制で
き、また、ソフトローディング速度から増速する際に、
固有振動数と加速時間の積の余弦関数が１となる加速度
で増速されるため、振動数荷重が零となるので上記目的
が叶えられる。
【０００５】
【発明の実施の形態】サッカーロッド系の特性の検討に
は、可能な負荷の範囲、ロッド荷重、サッカーロッドポ
ンプの行過ぎ量の計算等のために、従来は、波動方程式
を基礎にしたシミュレーションプログラムが開発され、
適用されている。しかし、これでは、サッカーロッド系
の特性と可変速駆動系の特性両方を包含した駆動システ
ムのシミュレーションプログラムが必要であり、実用に
供されている上記のプログラムは本発明では用いない。
また、本発明の解析では、サッカーロッドロードの波形
の正確な解析は必要でなく、速度制御によって、低減さ
れるサッカーロッド系の動荷重の大きさの概略を知るこ
とで十分である。従って、サッカーロッド系をバネ定数
ｋ（Ｋｇ／ｍ）、粘性制動係数ｃを有する単純な力学モ
デルとして考えることができ、駆動力Ｆ（Ｋｇ）から、
サッカーロッド変位ｘ（ｍ）は、次の（１）式で表わさ
れる。 x(s)／F(s)＝(1/m) ・(1／ω0 2) ／〔(s2/ω0 2) ＋(2ζ／ω0)s ＋1 〕（１） ここで、 ω0 ＝( ｋ／ｍ)1/2 ( ｒａｄ／ｓｅｃ） ζ ＝（ｃ／２) ・ (１／ｍ・ｋ）1/2 ｍ：サッカーロッドとポンププランジャの質量（Ｋｇ） そうすると、ポンプを含めたサッカーロッドポンプ系の
ブロック線図は、図１（ａ）のように表せる。
は、可能な負荷の範囲、ロッド荷重、サッカーロッドポ
ンプの行過ぎ量の計算等のために、従来は、波動方程式
を基礎にしたシミュレーションプログラムが開発され、
適用されている。しかし、これでは、サッカーロッド系
の特性と可変速駆動系の特性両方を包含した駆動システ
ムのシミュレーションプログラムが必要であり、実用に
供されている上記のプログラムは本発明では用いない。
また、本発明の解析では、サッカーロッドロードの波形
の正確な解析は必要でなく、速度制御によって、低減さ
れるサッカーロッド系の動荷重の大きさの概略を知るこ
とで十分である。従って、サッカーロッド系をバネ定数
ｋ（Ｋｇ／ｍ）、粘性制動係数ｃを有する単純な力学モ
デルとして考えることができ、駆動力Ｆ（Ｋｇ）から、
サッカーロッド変位ｘ（ｍ）は、次の（１）式で表わさ
れる。 x(s)／F(s)＝(1/m) ・(1／ω0 2) ／〔(s2/ω0 2) ＋(2ζ／ω0)s ＋1 〕（１） ここで、 ω0 ＝( ｋ／ｍ)1/2 ( ｒａｄ／ｓｅｃ） ζ ＝（ｃ／２) ・ (１／ｍ・ｋ）1/2 ｍ：サッカーロッドとポンププランジャの質量（Ｋｇ） そうすると、ポンプを含めたサッカーロッドポンプ系の
ブロック線図は、図１（ａ）のように表せる。
【０００６】ここで、図１（ａ）の中のポンプロードカ
ードは、図１（ｂ）のようなポンプ変位、つまりサッカ
ーロッド変位に対するポンプ負荷特性を伝達する要素を
ブロック線図にて表わしたものである。図１（ｂ）を参
照すると、ポンプの吐出弁Ｖｄが閉じてから、吸込弁Ｖ
ｓが開く過程で、小さな変位でポンプ負荷が大きく増大
していることが分かる。つまり、ポンプのディスチャー
ジ終了位置（つまり、ダウンストロークエンド）から、
アップストロークに移る時に、ポンプ負荷が急激にサッ
カーロッド系にかかることが分かる。逆に、ポンプ吸込
弁Ｖｓが閉じてから、吐出弁Ｖｄが開く過程に置いて、
ポンプ負荷は急速に小さくなる。つまり、ポンプのサク
ション終了位置（つまり、アップストロークエンド）か
らダウンストロークに移る時に、ポンプ負荷が急速にア
ンロードされる。すなわち、ポンプ負荷はそのストロー
ク方向を変える時に、毎回サッカーロッド系に急激にロ
ード、アンロードされることになる。この場合のサッカ
ーロッド荷重は、以下の方法にて推定することができ
る。（１）式にて、ζ＝０と仮定し、ステップ状の入力
ｆ（ｋｇ）に対する変位ｘ（ｔ）（ｍ）を求めると、
（２）式のようになる。 x (t) ＝Ｌ-1(f/s) ・〔(1/m) ・ (1/ω0 2) ／〔(s2/ω0 2) ＋ 1〕〕 ＝(f/m) ・ (1/ω0 2) ・ (1-cos ω0t) ・・・・・・・・・（２） すなわち、ポンプ負荷の急激なロード、アンロードによ
って、サッカーロッドの荷重は最大２倍に達することが
分かる。この場合のサッカーロッドの動荷重を低減する
には、ポンプ負荷をステップ状ではなくて出来るだけ緩
やかに負荷が掛かるようにすることが必要である。この
ためには、負荷の立ち上がり時間を長くすればよいこと
が分かる。図１（ｂ）の吐出弁Ｖｄ”閉”から吸い込み
弁Ｖｓ”開”までの時間を長くするために、本発明で
は、この間のポンプストローク速度を基準速度より出来
るだけ低く制御するようにしている。そしてポンプ負荷
がロードされた後に、基準速度までに加速するようにし
ている。ただし、この方法を適用する場合、加速によっ
て生ずる振動数成分の抑制を考慮しなければならない。
本発明では、この問題をサッカーロッド系の固有振動数
に対応させた加速度を設定することにより、加速によっ
て生じた振動数荷重を加速終了時にほぼゼロにすること
で解決する。いま、サッカーロッド系を原動機から一定
加速度、α（ｍ／ｓｅｃ2 ）にて、加速するとすると、 x (t)＝Ｌ-1( α/s2)・（W ・ s/g）・〔(1/m) ・ (1/ω0 2) ／ 〔(s2/ω0 2) ＋ 1〕〕 ＝α・ (1/ω0 2) ・ (1 −cos ω0t) ・・・・・（３） ここで、 Ｗ／ｇ：ポンププランジャとサッカーロッドの質量（Ｋ
ｇ／(m/sec2)） 従って、 cos ω0t＝１ ∴ω0t＝０、２π、４π、６π ・・・・（４） を満足するように、サッカーロッド系の固有振動数ω0
に対応して、加速時間ｔ a を決定することにより、加速
終了時に加速によって生じた振動数荷重成分をゼロにで
きる。例えば、あるサッカーロッド系の固有振動数は、
１２．４（ｒａｄ／ｓｅｃ）であったとし、この場合、
２πまたは４π（ｒａｄ）を採用すると、 と計算することができる。もし、この加速時間が駆動容
量から許容できない場合には、６π（ｒａｄ）以上を採
用するか、加速容量の許容範囲までソフトローディング
速度を高くすることで解決する。以上に述べたように、
本発明の原理は、急激にロードされるポンプ負荷に対し
てポンプ負荷時の速度を低下せしめ、ポンプ負荷がロー
ドされた後に加速時の振動数荷重を抑制する加速法を採
用することによって、サッカーロッド系の動荷重を低減
させるものである。
ードは、図１（ｂ）のようなポンプ変位、つまりサッカ
ーロッド変位に対するポンプ負荷特性を伝達する要素を
ブロック線図にて表わしたものである。図１（ｂ）を参
照すると、ポンプの吐出弁Ｖｄが閉じてから、吸込弁Ｖ
ｓが開く過程で、小さな変位でポンプ負荷が大きく増大
していることが分かる。つまり、ポンプのディスチャー
ジ終了位置（つまり、ダウンストロークエンド）から、
アップストロークに移る時に、ポンプ負荷が急激にサッ
カーロッド系にかかることが分かる。逆に、ポンプ吸込
弁Ｖｓが閉じてから、吐出弁Ｖｄが開く過程に置いて、
ポンプ負荷は急速に小さくなる。つまり、ポンプのサク
ション終了位置（つまり、アップストロークエンド）か
らダウンストロークに移る時に、ポンプ負荷が急速にア
ンロードされる。すなわち、ポンプ負荷はそのストロー
ク方向を変える時に、毎回サッカーロッド系に急激にロ
ード、アンロードされることになる。この場合のサッカ
ーロッド荷重は、以下の方法にて推定することができ
る。（１）式にて、ζ＝０と仮定し、ステップ状の入力
ｆ（ｋｇ）に対する変位ｘ（ｔ）（ｍ）を求めると、
（２）式のようになる。 x (t) ＝Ｌ-1(f/s) ・〔(1/m) ・ (1/ω0 2) ／〔(s2/ω0 2) ＋ 1〕〕 ＝(f/m) ・ (1/ω0 2) ・ (1-cos ω0t) ・・・・・・・・・（２） すなわち、ポンプ負荷の急激なロード、アンロードによ
って、サッカーロッドの荷重は最大２倍に達することが
分かる。この場合のサッカーロッドの動荷重を低減する
には、ポンプ負荷をステップ状ではなくて出来るだけ緩
やかに負荷が掛かるようにすることが必要である。この
ためには、負荷の立ち上がり時間を長くすればよいこと
が分かる。図１（ｂ）の吐出弁Ｖｄ”閉”から吸い込み
弁Ｖｓ”開”までの時間を長くするために、本発明で
は、この間のポンプストローク速度を基準速度より出来
るだけ低く制御するようにしている。そしてポンプ負荷
がロードされた後に、基準速度までに加速するようにし
ている。ただし、この方法を適用する場合、加速によっ
て生ずる振動数成分の抑制を考慮しなければならない。
本発明では、この問題をサッカーロッド系の固有振動数
に対応させた加速度を設定することにより、加速によっ
て生じた振動数荷重を加速終了時にほぼゼロにすること
で解決する。いま、サッカーロッド系を原動機から一定
加速度、α（ｍ／ｓｅｃ2 ）にて、加速するとすると、 x (t)＝Ｌ-1( α/s2)・（W ・ s/g）・〔(1/m) ・ (1/ω0 2) ／ 〔(s2/ω0 2) ＋ 1〕〕 ＝α・ (1/ω0 2) ・ (1 −cos ω0t) ・・・・・（３） ここで、 Ｗ／ｇ：ポンププランジャとサッカーロッドの質量（Ｋ
ｇ／(m/sec2)） 従って、 cos ω0t＝１ ∴ω0t＝０、２π、４π、６π ・・・・（４） を満足するように、サッカーロッド系の固有振動数ω0
に対応して、加速時間ｔ a を決定することにより、加速
終了時に加速によって生じた振動数荷重成分をゼロにで
きる。例えば、あるサッカーロッド系の固有振動数は、
１２．４（ｒａｄ／ｓｅｃ）であったとし、この場合、
２πまたは４π（ｒａｄ）を採用すると、 と計算することができる。もし、この加速時間が駆動容
量から許容できない場合には、６π（ｒａｄ）以上を採
用するか、加速容量の許容範囲までソフトローディング
速度を高くすることで解決する。以上に述べたように、
本発明の原理は、急激にロードされるポンプ負荷に対し
てポンプ負荷時の速度を低下せしめ、ポンプ負荷がロー
ドされた後に加速時の振動数荷重を抑制する加速法を採
用することによって、サッカーロッド系の動荷重を低減
させるものである。
【０００７】次に、ポンプジャックの駆動源として誘導
電動機を用い、ポンプジャックのクランク位置の検出に
該クランク位置と相関関係に在る誘導電動機の２次電流
に比例する電流を用いて演算する例を説明する。なお、
駆動源としては誘導電動機の他に同期電動機、直流電動
機、或いはその他のアクチュエータを用いることが出来
る。また、クランク位置は、クランク位置に機械的な接
点を用いて検出する機械的センサ、電気的な静電容量の
変化でクランク位置を検出する電気的センサ、電磁誘導
によりクランク位置を検出する電磁的センサ、フォトカ
プラを用いて光の遮断を検出する光学的センサ等の位置
検出器によって直接検出できる。図２には、ポンプジャ
ックを駆動する誘導電動機１の制御装置がブロック図に
よって示されている。誘導電動機１の回転子にはパルス
発電機等の速度検出器２が直結されている。誘導電動機
１の１次捲線にはベクトル制御インバータ３が接続され
て公知のごとく速度制御される。速度指令器３１は、ロ
ーディング制御器４から速度基準ＮP と加速度信号ＡS
を入力して、加速時には加速度信号ＡS の加速度にな
り、減速時には内部に設定された減速度となるような電
動機速度基準ＮS を出力する。この速度基準ＮS は、実
際の速度を速度検出器２で検出し、その出力Ｎi と比較
され、その偏差は、速度調整器３２によって増幅され、
出力側に２次電流指令Ｉ 2sを出力する。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２次電流成分のみがＩ2 として検出され、Ｉ2sと比較
される。その偏差は電流調整器３３によって増幅され、
ＰＷＭ制御器３４によって、電動機１に与える電圧のパ
ルス巾を調節して、負荷を駆動するのに必要な２次電流
を供給するように働く。このようにして、実際速度を速
度基準にほぼ等しくなるように、電動機速度を自動調整
する。
電動機を用い、ポンプジャックのクランク位置の検出に
該クランク位置と相関関係に在る誘導電動機の２次電流
に比例する電流を用いて演算する例を説明する。なお、
駆動源としては誘導電動機の他に同期電動機、直流電動
機、或いはその他のアクチュエータを用いることが出来
る。また、クランク位置は、クランク位置に機械的な接
点を用いて検出する機械的センサ、電気的な静電容量の
変化でクランク位置を検出する電気的センサ、電磁誘導
によりクランク位置を検出する電磁的センサ、フォトカ
プラを用いて光の遮断を検出する光学的センサ等の位置
検出器によって直接検出できる。図２には、ポンプジャ
ックを駆動する誘導電動機１の制御装置がブロック図に
よって示されている。誘導電動機１の回転子にはパルス
発電機等の速度検出器２が直結されている。誘導電動機
１の１次捲線にはベクトル制御インバータ３が接続され
て公知のごとく速度制御される。速度指令器３１は、ロ
ーディング制御器４から速度基準ＮP と加速度信号ＡS
を入力して、加速時には加速度信号ＡS の加速度にな
り、減速時には内部に設定された減速度となるような電
動機速度基準ＮS を出力する。この速度基準ＮS は、実
際の速度を速度検出器２で検出し、その出力Ｎi と比較
され、その偏差は、速度調整器３２によって増幅され、
出力側に２次電流指令Ｉ 2sを出力する。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２次電流成分のみがＩ2 として検出され、Ｉ2sと比較
される。その偏差は電流調整器３３によって増幅され、
ＰＷＭ制御器３４によって、電動機１に与える電圧のパ
ルス巾を調節して、負荷を駆動するのに必要な２次電流
を供給するように働く。このようにして、実際速度を速
度基準にほぼ等しくなるように、電動機速度を自動調整
する。
【０００８】図３は、ローディング制御器４のブロック
図を示す。ストローク位置演算器４１は、ポンプジャッ
クの毎回のダウンストロークに対する二次電流瞬時値の
ゼロクロス点を検出し、ポンプジャックのストローク位
置をポンプジャックの回転角として連続的に検出する機
能を有し、このストローク位置演算器４１で検出した実
際位置に対応してシーケンサ４３はポンプジャックの減
速開始点を演算し出力する。ストローク位置設定器４２
はポンプジャックのソフトローディング開始点をストロ
ーク位置で設定し、この値は通常、ポンプジャックのダ
ウンストロークエンドに設定される。ストローク位置設
定器４２が設定されるとシーケンサ４３は自動的に減速
開始点を演算する。つまり、速度指令器３１の内部に設
定された減速度にてポンプジャックをソフトローディン
グ速度Ｎ SL迄減速させた場合、ストローク位置設定器４
２の設定位置になるようにポンプジャックの速度に対応
して、減速開始点を自動的に演算し、ストローク位置設
定器４２の内部に記憶する。ポンプジャックがダウンス
トローク側に運転を始め、実際のストローク位置がこの
設定値（減速開始点）になると、出力リレー４４の励磁
コイル４４−１をＯＮにして、接触器４４−２をソフト
ローディング速度設定器４７側に切り換える。この関係
は、例えば、実際のダウンストローク速度がＮPS（ｍ／
ｓ）であれば、この速度から、ＮSL速度迄一定減速度β
（ｍ／ｓ2 ）で減速し、停止する場合の走行距離Ｓ
（ｍ）は、 Ｓ（ｍ）＝（ＮPS 2 −ＮSL 2 ）／２β であり、これに駆動システムの応答遅れ時間による走行
距離を加算して考慮すれば、ダウンストローク運転中に
減速を開始すべきストローク位置が決定出来る。このよ
うにして、ストローク位置設定器４２が設定されると、
シーケンサ４３のソフトウエア処理にてダウンストロー
ク速度に対応して減速開始点を自動的に演算設定し、常
にアップストローク開始点にては、ソフトローディング
速度に減速ができるように制御される。出力リレー４４
は、励磁コイル４４−１と接触器４４−２を有し、この
リレーが上記の減速開始点にてＯＮし、記憶する。よっ
て、ポンプジャックの基準速度設定器４８の信号ＮPSで
設定されたポンプジャックの速度基準ＮP を、ソフトロ
ーディング速度を設定するソフトローディング速度設定
器４７の設定値ＮSLに切り替える。この操作によって、
速度指令器３１は、内部にて設定された減速度βにて速
度指令ＮS を直線的に低下せしめ、ポンプジャックの速
度はＮSLの設定速度まで降下する。ポンプジャック速度
が、ＮSL速度に近づき、例えば１０５％速度以下になれ
ば、シーケンサ４３の内部に置かれた速度検出回路が減
速完了信号を発する。この信号によってソフトローディ
ングコントロールのスタートを記憶する、第１メモリー
（１ＭＥＭＯ）が”１”となり、ソフトローディング遅
延ソフトタイマがＯＮする。このタイマは、減速後のポ
ンプジャック速度の応答整定時間を確保すると共にポン
プ負荷がこのソフトローディング速度でオンロードを完
了するために設けたものである。同時に、この時間内
に、ソフトローディングの加速度を設定する加速時間演
算器４６の演算・設定が確実に終了していることを確認
する。ソフトローディング遅延タイマがタイムアップす
ると、ソフトローデイングスタートの第２メモリー（２
ＭＥＭＯ）が”１”になり、第１メモリーの記憶を解除
する。第２メモリーの記憶によって、速度設定切替えリ
レー４４の記憶が解除され、リレーがＯＦＦする。よっ
て、速度設定切替えリレーの接触器４４−２によって、
ポンプジャックの速度指令を基準速度ＮPSに再び切り替
え、ポンプジャックは、アップストローク方向に加速さ
れる。かくして、ポンプジャックは、設定された加速時
間にて基準速度ＮPS迄直線的に加速され、ソフトローデ
ィングコントロールが遂行される。この加速時間は、前
述のように、 ｃｏｓω0 ｔa ＝１ ここで、ω0 は、サッカーロッド系の固有振動数、ｔa
は、加速時間となる値に自動的に加速時間演算器４６に
よって設定されている。加速終了にて、シーケンサ４３
の速度検出回路がソフトローディング加速完了信号を出
し、ソフトローディングスタート第２メモリー１記憶を
解除し、ストローク位置演算器４１、シーケンサ４３
を、最初の状態に復元する。以上のシーケンス操作を繰
り返すことにより、毎サイクル毎にソフトローディング
コントロールが行なわれる。ここで、加速時間演算器４
６は上に述べたようにサッカーロッド系の固有振動数と
関連させて、加速度を設定する機能を有するもので、サ
ッカーロッド系の固有振動数を設定する固有振動数設定
器４５の設定値と減算器４９にて、基準速度設定器４８
とソフトローディング速度設定器４７の出力の差を取っ
て求めた加速すべき速度値Ｎαを入力して、ｃｏｓω0
ｔa ＝１を満足する加速時間を計算し、それを速度指令
器３１の加速度として設定する加速度信号ＡS を出力す
る。加速度時間演算器４６は、同時に、この演算が終了
していることをシーケンサ４３に知らせる。
図を示す。ストローク位置演算器４１は、ポンプジャッ
クの毎回のダウンストロークに対する二次電流瞬時値の
ゼロクロス点を検出し、ポンプジャックのストローク位
置をポンプジャックの回転角として連続的に検出する機
能を有し、このストローク位置演算器４１で検出した実
際位置に対応してシーケンサ４３はポンプジャックの減
速開始点を演算し出力する。ストローク位置設定器４２
はポンプジャックのソフトローディング開始点をストロ
ーク位置で設定し、この値は通常、ポンプジャックのダ
ウンストロークエンドに設定される。ストローク位置設
定器４２が設定されるとシーケンサ４３は自動的に減速
開始点を演算する。つまり、速度指令器３１の内部に設
定された減速度にてポンプジャックをソフトローディン
グ速度Ｎ SL迄減速させた場合、ストローク位置設定器４
２の設定位置になるようにポンプジャックの速度に対応
して、減速開始点を自動的に演算し、ストローク位置設
定器４２の内部に記憶する。ポンプジャックがダウンス
トローク側に運転を始め、実際のストローク位置がこの
設定値（減速開始点）になると、出力リレー４４の励磁
コイル４４−１をＯＮにして、接触器４４−２をソフト
ローディング速度設定器４７側に切り換える。この関係
は、例えば、実際のダウンストローク速度がＮPS（ｍ／
ｓ）であれば、この速度から、ＮSL速度迄一定減速度β
（ｍ／ｓ2 ）で減速し、停止する場合の走行距離Ｓ
（ｍ）は、 Ｓ（ｍ）＝（ＮPS 2 −ＮSL 2 ）／２β であり、これに駆動システムの応答遅れ時間による走行
距離を加算して考慮すれば、ダウンストローク運転中に
減速を開始すべきストローク位置が決定出来る。このよ
うにして、ストローク位置設定器４２が設定されると、
シーケンサ４３のソフトウエア処理にてダウンストロー
ク速度に対応して減速開始点を自動的に演算設定し、常
にアップストローク開始点にては、ソフトローディング
速度に減速ができるように制御される。出力リレー４４
は、励磁コイル４４−１と接触器４４−２を有し、この
リレーが上記の減速開始点にてＯＮし、記憶する。よっ
て、ポンプジャックの基準速度設定器４８の信号ＮPSで
設定されたポンプジャックの速度基準ＮP を、ソフトロ
ーディング速度を設定するソフトローディング速度設定
器４７の設定値ＮSLに切り替える。この操作によって、
速度指令器３１は、内部にて設定された減速度βにて速
度指令ＮS を直線的に低下せしめ、ポンプジャックの速
度はＮSLの設定速度まで降下する。ポンプジャック速度
が、ＮSL速度に近づき、例えば１０５％速度以下になれ
ば、シーケンサ４３の内部に置かれた速度検出回路が減
速完了信号を発する。この信号によってソフトローディ
ングコントロールのスタートを記憶する、第１メモリー
（１ＭＥＭＯ）が”１”となり、ソフトローディング遅
延ソフトタイマがＯＮする。このタイマは、減速後のポ
ンプジャック速度の応答整定時間を確保すると共にポン
プ負荷がこのソフトローディング速度でオンロードを完
了するために設けたものである。同時に、この時間内
に、ソフトローディングの加速度を設定する加速時間演
算器４６の演算・設定が確実に終了していることを確認
する。ソフトローディング遅延タイマがタイムアップす
ると、ソフトローデイングスタートの第２メモリー（２
ＭＥＭＯ）が”１”になり、第１メモリーの記憶を解除
する。第２メモリーの記憶によって、速度設定切替えリ
レー４４の記憶が解除され、リレーがＯＦＦする。よっ
て、速度設定切替えリレーの接触器４４−２によって、
ポンプジャックの速度指令を基準速度ＮPSに再び切り替
え、ポンプジャックは、アップストローク方向に加速さ
れる。かくして、ポンプジャックは、設定された加速時
間にて基準速度ＮPS迄直線的に加速され、ソフトローデ
ィングコントロールが遂行される。この加速時間は、前
述のように、 ｃｏｓω0 ｔa ＝１ ここで、ω0 は、サッカーロッド系の固有振動数、ｔa
は、加速時間となる値に自動的に加速時間演算器４６に
よって設定されている。加速終了にて、シーケンサ４３
の速度検出回路がソフトローディング加速完了信号を出
し、ソフトローディングスタート第２メモリー１記憶を
解除し、ストローク位置演算器４１、シーケンサ４３
を、最初の状態に復元する。以上のシーケンス操作を繰
り返すことにより、毎サイクル毎にソフトローディング
コントロールが行なわれる。ここで、加速時間演算器４
６は上に述べたようにサッカーロッド系の固有振動数と
関連させて、加速度を設定する機能を有するもので、サ
ッカーロッド系の固有振動数を設定する固有振動数設定
器４５の設定値と減算器４９にて、基準速度設定器４８
とソフトローディング速度設定器４７の出力の差を取っ
て求めた加速すべき速度値Ｎαを入力して、ｃｏｓω0
ｔa ＝１を満足する加速時間を計算し、それを速度指令
器３１の加速度として設定する加速度信号ＡS を出力す
る。加速度時間演算器４６は、同時に、この演算が終了
していることをシーケンサ４３に知らせる。
【０００９】上記の制御フローは、図４のフローチャー
トに示されている。ただし、このフローチャートにおい
て、ストローク位置はクランク角度Ωx 、Ω1 で表現さ
れている。また、図５はこの発明による制御を行った場
合の電動機速度とポンプジャッククランク角度との関係
を示している。図示の通り、−１８０°から０°の吐出
し（ダウンストローク）域においては、電動機定格速度
の７０％の基準速度Ｎ PSで運転され、吐出終了点近傍
（０°）から減速に転じ、０°から１８０°の吸い込み
（アップストローク）域に入ってから定格の約３０％の
ソフトローディング速度ＮSLに達すると、この点から固
有振動数と加速時間の積の余弦関数が１となる加速度で
増速に転じ、その後基準速度ＮPSで運転されている。ま
た、吐出域で、−１８０°付近で増速して、定格の１５
０％の基準速度ＮPS' で運転し、−６０°付近で減速に
転じ、その後吸い込み域では上記と同様に運転される例
も示されている。図６及び図７はこの発明によるソフト
ローディング制御の効果を説明するものである。図６は
ソフトローディング速度を定格の５０％とした場合、図
７はソフトローディング速度を定格の２５％とした場合
を示している。図示の「ソフトローディング制御有り」
の場合と「ソフトローディング制御無し」の場合のロッ
ド荷重を比較すると、「ソフトローディング制御有り」
の場合のロッド荷重が「ソフトローディング制御無し」
の場合より約５０％低減されていることが分かる。
トに示されている。ただし、このフローチャートにおい
て、ストローク位置はクランク角度Ωx 、Ω1 で表現さ
れている。また、図５はこの発明による制御を行った場
合の電動機速度とポンプジャッククランク角度との関係
を示している。図示の通り、−１８０°から０°の吐出
し（ダウンストローク）域においては、電動機定格速度
の７０％の基準速度Ｎ PSで運転され、吐出終了点近傍
（０°）から減速に転じ、０°から１８０°の吸い込み
（アップストローク）域に入ってから定格の約３０％の
ソフトローディング速度ＮSLに達すると、この点から固
有振動数と加速時間の積の余弦関数が１となる加速度で
増速に転じ、その後基準速度ＮPSで運転されている。ま
た、吐出域で、−１８０°付近で増速して、定格の１５
０％の基準速度ＮPS' で運転し、−６０°付近で減速に
転じ、その後吸い込み域では上記と同様に運転される例
も示されている。図６及び図７はこの発明によるソフト
ローディング制御の効果を説明するものである。図６は
ソフトローディング速度を定格の５０％とした場合、図
７はソフトローディング速度を定格の２５％とした場合
を示している。図示の「ソフトローディング制御有り」
の場合と「ソフトローディング制御無し」の場合のロッ
ド荷重を比較すると、「ソフトローディング制御有り」
の場合のロッド荷重が「ソフトローディング制御無し」
の場合より約５０％低減されていることが分かる。
【００１０】
【発明の効果】この発明によれば、ポンプの吐出終了点
近傍から吸い込み開始点近傍にかけて減速し、ソフトロ
ーディング速度から振動数荷重が零となる加速度で増速
するものとしたので、第１に、サッカーロッド系の動荷
重を５０％程度に低減できる。第２に、このためにポン
プジャックを定格速度以上に昇速させてサイクルタイム
を短くすることが可能になり油井の生産性を高めること
ができる。第３に、ポンプジャックの昇速が必要でない
油井においても、サッカーロッドポンプ系のオーバース
トレスを低減できるために、ポンプジャックはより安全
に運転され、オーバーストレスを要因とする事故を少な
くすることができる。などの効果が得られる。
近傍から吸い込み開始点近傍にかけて減速し、ソフトロ
ーディング速度から振動数荷重が零となる加速度で増速
するものとしたので、第１に、サッカーロッド系の動荷
重を５０％程度に低減できる。第２に、このためにポン
プジャックを定格速度以上に昇速させてサイクルタイム
を短くすることが可能になり油井の生産性を高めること
ができる。第３に、ポンプジャックの昇速が必要でない
油井においても、サッカーロッドポンプ系のオーバース
トレスを低減できるために、ポンプジャックはより安全
に運転され、オーバーストレスを要因とする事故を少な
くすることができる。などの効果が得られる。
【図１】ポンプ系のシュミレーション図であり、（ａ）
はサッカーロッドポンプ系のブロック線図、（ｂ）はポ
ンプの負荷曲線図である。
はサッカーロッドポンプ系のブロック線図、（ｂ）はポ
ンプの負荷曲線図である。
【図２】この発明による誘導電動機駆動の場合の、ポン
プジャュックの制御装置のブロック図である。
プジャュックの制御装置のブロック図である。
【図３】この発明によるローデイング制御器のプロック
図である。
図である。
【図４】この発明による制御のフローチャートである。
【図５】この発明による制御の一例を示す、電動機速度
とポンプジャッククランク角度の相関特性図である。
とポンプジャッククランク角度の相関特性図である。
【図６】この発明により、ソフトローディング速度を定
格の５０％とした場合のロッド荷重の特性図である。
格の５０％とした場合のロッド荷重の特性図である。
【図７】この発明により、ソフトローディング速度を定
格の２５％とした場合のロッド荷重の特性図である。
格の２５％とした場合のロッド荷重の特性図である。
【図８】従来の制御方式により１００％速度（定格速
度）とした場合のロッド荷重の特性図である。
度）とした場合のロッド荷重の特性図である。
【図９】従来の制御方式により２００％速度（定格の倍
速度）とした場合のロッド荷重の特性図である。
速度）とした場合のロッド荷重の特性図である。
【図１０】従来の制御方式によるポンプストローク速度
とロッド荷重の関係を示す特性図である。
とロッド荷重の関係を示す特性図である。
１ 誘導電動機 ２ 速度検出器 ３ ベクトル制御インバータ ３１ 速度指令器 ４ ローディング制御器 ４１ ストローク位置演算器 ４２ ストローク位置設定器 ４３ シーケンサ ４４ 出力リレー ４５ 固有振動数設定器 ４６ 加速時間演算器 ４７ ソフトローディング速度設定器 ４８ 基準速度設定器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 哲雄 福岡県北九州市八幡西区小鷺田町13番20号 有限会社システム技研内 (72)発明者 リチャード・エル・プラット アメリカ合衆国 オハイオ州 45014 フ ェアフィールド ハーウッドコート 9823 ピー・オー・ボックス9039 エレクトリ ック・モータ・システムズ・インコーポレ イテッド内 (72)発明者 ブライアン・マッキノン カナダ国 アルバータ州 ティー２シー３ シー６ カルガリ 76 アベニュー サウ スイースト 5115 ワーマック エレクト リック（1994）・リミテッド内
Claims (8)
- 【請求項１】 可変電圧、可変周波数電源によってポン
プジャック駆動電動機の速度を制御することによるポン
プジャックの速度制御方法において、 ポンプジャックのダウンストロークエンド直前からスト
ロークエンドおよびアップストロークでポンプ負荷のオ
ンロードが完了するまで、ポンプジャックストローク速
度を定格速度より可能な限り低速で制御し、 ポンプ負荷のオンロードが完了した後は、ポンプジャッ
クストローク速度を定格速度まで加速すること、を特徴
とするポンプジャックの速度制御方法。 - 【請求項２】 上記ポンプジャックの速度制御方法にお
いて、 前記加速はサッカーロッド系の固有振動数に対応したも
のであること、を特徴とする請求項１記載のポンプジャ
ックの速度制御方法。 - 【請求項３】 上記ポンプジャックの速度制御方法にお
いて、 前記加速はサッカーロッド系の固有振動数と加速時間の
積の余弦関数が１となる加速度値であること、を特徴と
する請求項２記載のポンプジャックの速度制御方法。 - 【請求項４】 速度指令器と、ポンプジャック駆動電動
機の速度検出器と、前記速度指令器の指令値と前記速度
検出器の検出値との差から実際速度を指令速度に等しく
するためのフイードバック制御装置と、を備えて成るポ
ンプジャック駆動電動機の速度を制御することによるポ
ンプジャックの速度制御装置において、さらに、基準速
度設定器と、ソフトローディング速度設定器と、前記速
度指令器に前記基準速度設定器と前記ソフトローディン
グ速度設定器との信号を選択的に供給する出力リレー
と、ポンプジャックのストローク位置を電気量で設定す
るストローク位置設定器と、ポンプジャックのストロー
ク位置を連続的に検出するストローク位置演算器と、を
有し、 前記ストローク位置演算器の信号に基づいて前記出力リ
レーを基準速度設定器側からソフトローディング速度設
定器側に切り換え、 ストローク位置が前記ストローク位置設定器の設定値と
なった際に前記出力リレーをソフトローディング速度設
定器側から基準速度設定器側に切り換えることを特徴と
するポンプジャックの速度制御装置。 - 【請求項５】 速度指令器と、ポンプジャック駆動電動
機の速度検出器と、該駆動電動機の２次電流瞬時値検出
・演算器と、前記速度指令器の指令値と前記速度検出器
の検出値との差から２次電流指令値を求める２次電流指
令値演算器と、該２次電流指令値と前記２次電流瞬時値
検出・演算器の出力値との差から実際速度を指令速度に
等しくするための電圧パルス幅を演算し前記駆動電動機
に出力するＰＷＭ制御器と、を備えて成るポンプジャッ
ク駆動用誘導電動機の速度を制御することによるポンプ
ジャックの速度制御装置において、 さらに、基準速度設定器と、ソフトローディング速度設
定器と、前記速度指令器に前記基準速度設定器と前記ソ
フトローディング速度設定器との信号を選択的に供給す
る出力リレーと、ポンプジャックのストローク位置を電
気量で設定するストローク位置設定器と、ポンプジャッ
クのストローク位置を連続的に検出するストローク位置
演算器と、を有し、 前記ストローク位置演算器の信号に基づいて前記出力リ
レーを基準速度設定器側からソフトローディング速度設
定器側に切り換え、 ストローク位置が前記ストローク位置設定器の設定値と
なった際に前記出力リレーをソフトローディング速度設
定器側から基準速度設定器側に切り換えることを特徴と
するポンプジャックの速度制御装置。 - 【請求項６】 前記ポンプジャックの速度制御装置にお
いて、 さらに、ポンプジャックによって駆動されるサッカーロ
ッド系の固有振動数を設定する固有振動数設定器と、前
記基準速度設定器とソフトローディング速度設定器の出
力との差信号と前記固有振動数設定器の信号とを入力し
て固有振動数と加速時間の積の余弦関数が１となる加速
度値を前記速度指令器に出力する加速時間演算器と、を
有し、 前記加速時間演算器の信号と、前記ストローク位置演算
器の信号と、前記ストローク位置設定器の信号と、電動
機速度とから減速開始点を演算して前記出力リレーを基
準側からソフトローディング側に切り換えて減速運転さ
せ、 該減速運転によりソフトローディング速度に達した後に
前記出力リレーをソフトローディング側から基準側に切
り換えて前記加速時間演算器の与える加速度で電動機を
増速せしめること、を特徴とする請求項４または５記載
のポンプジャックの速度制御装置。 - 【請求項７】 前記ポンプジャックの速度制御装置にお
いて、 ストローク位置演算器は、ポンプジャック駆動電動機の
２次電流に比例した値を入力してストローク位置を演算
することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項記載
のポンプジャックの速度制御装置。 - 【請求項８】 前記ポンプジャックの速度制御装置にお
いて、 ストローク位置検出器は、ポンプジャックのクランクの
位置を機械的・電気的・電磁的・光学的センサのいずれ
かで感知することを特徴とする請求項４〜６のいずれか
１項記載のホンプジャックの速度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10045606A JPH11241687A (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | ポンプジャックの速度制御方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10045606A JPH11241687A (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | ポンプジャックの速度制御方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11241687A true JPH11241687A (ja) | 1999-09-07 |
Family
ID=12724028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10045606A Pending JPH11241687A (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | ポンプジャックの速度制御方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11241687A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-02-26 JP JP10045606A patent/JPH11241687A/ja active Pending
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