WO2000066892A1

WO2000066892A1 - Commande de pompage pour chevalet de pompage

Info

Publication number: WO2000066892A1
Application number: PCT/JP1999/002264
Authority: WO
Inventors: Noriyuki Takada; Takayuki Yamakawa; Hidetoshi Ryu; Tetsuo Kawano; Koji Kawamoto; Toshio Miyano; Richard L. Pratt; Brian Mackinnon
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-11-09
Also published as: JP4626057B2; US6599095B1

Description

明細書

ポンプジャックのポンプオフ制御方法技術分野

本発明は、ポンプジャック（Pump Jack ) で駆動されるビームポンプの（Beam pump ) のポンプオフコントロール（Pump- of f control) に関する。背景技術

ビームポンプ油井 (Beam pumped wel l s ) における、ポンプオフコントロールのセンサとしては、流体レベルや圧力検出器（Downhole f lui d l evel or pressure indi cators) 、流量センサ (Fl ow and no-f l ow sensors) 、振動センサ ( Vi brat i on sensors ) 更には、モータ電流センサ (Motor current sensors ) カヽら、最近のロッド負荷の解析や記録が出来る近代的なダイナグラフカード方式（ Dynagraph card methods) へと展開して来た。

しかしながら、これ等の従来方式のセンサを応用する方法では、精度面に問題があつて殆ど実用されていない。

また、近代的なダイナグラフカード方式はたとえ精度面は満足されても、サッカロッド荷重を検出するセンサやその検出信号処理装置等が必要になり、結果として複雑 ·高価になる欠点があった。

また、駆動電動機が速度調整出来ない誘導電動機駆動であったために、ポンプオフ検出後の制御として、電動機を停止する制御を採用せざるを得なかったので油井の浮遊ガス等による一時的なポンプオフ要因によって、ポンプを停止してしまう恐れがあり、油井の生産量を低下させる結果となった。

これを避けるために、ポンプオフが連続して 3〜 5回以上検出された時、ボンプモータを停止し、一定時間経過後、ポンプを再起動するといつたいわゆる〇N - O F F運転制御が採用されて来た。

しかしながら、この方式では、 O N—O F F運転によるポンプユニットやモータに過大な機械的 ·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つた。発明の開示

本発明は、以上のような問題点を解決する手段を提供するもので、本発明の第 1実施例に係るポンプオフ制御方法は、請求の範囲第 1項〜第 4項に記載したとおりのものである。

このポンプオフ制御方法によれば、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力一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ィンバ一夕のなかにポンプオフ制御のソフトゥヱァを組み込むことで、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。すなわち、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、油井の生産性を高めか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。また、本発明の第 2実施例に係るポンプオフ制御方法は、請求の範囲第 5項〜第 8項に記載したとおりのものである。

すなわち、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ィンバ一夕で速度制御出来るように構成すると共に、電動機の速度と二次電流の瞬時値を検出する手段、その二次電流瞬時値が最大値になる基準点からの経過時間（以下、本発明では、二次電流最大値時間と呼ぶ）、ポンプジャックの毎回のダウンストローク時間を検出する手段、毎回の二次電流最大値時間を検出、記憶する手段、これ等の検出、記憶値と比較するために基準点からの二次電流瞬時値が最大値になる経過時間の基準（以下、本発明では、これをを設定基準時間と呼ぶ）を設定する手段を置き、二次電流最大値時間が、設定基準時間より長くなる時、これをポンプオフ条件の発生として検出すると共に、ポンプオフが発生した場合、電動機速度を順次降下させ、また、逆に、二次電流最大値時間が、設定基準時間より短いか、等しい時には、ポンプオフが解除されたとして検出し、降下せしめられた速度を順次回復する如く電動機の速度を制御することにより、ダウンホールポンプのオーバプレツシャリングを防止すると共に、油井の状況に対応し、原油の高生産を可能とするものである。

本発明によれば、口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高価なダイナグラフカードシステムを使用しないで、ポンプジャックの速度制御のために使用するべクトル制御ィンバ一夕のなかに、ポンプオフコントロールのソフトウェアを内蔵しているために安価になるのみならず、後述の理由により、正確なポンプオフの検出が可能である。加えて、ポンプジャックの速度を制御出来るように構成しているので、この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出来るために、ダウンホールポンプゃ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出来る特長がある。

すなわち、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、油井の生産性を高め、かつ、設備の安全性を向上出来る効果がある。また、浮遊ガスの増加や、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出来るため、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、油井の安定な稼動に寄与することが出来る。また、前述した第 1実施例のダウンストロ一ク中のモータの二次電流瞬時値の実効値、または、平均値を演算し基準値と比較して、ポンプオフを検出する方式に比べ、後述のように、ポンプジャック速度の変更によって設定基準値を変更する必要がない特長がある。

また、二次電流最大値時間と設定基準時間の差を検出することを原理にした方式であるので、二次電流の大きさには関係しないので、原油の水分や不純物の含有率の変化等に起因するダウンホールポンプ負荷の変動に影響され難い優れた特長があり、それだけ、正確なポンプオフの検出が可能となる。

加えて、第 1実施例の方法に比べ、演算処理が簡単となるために、制御装置を簡単に構成出来長所がある。図面の簡単な説明

以下、本発明の具体的な第 1および第 2の実施例を第 1図〜第 1 6図によって説明する。

第 1図は、ポンプジャックの駆動電動機の確実な速度制御を行なうと共に、ポンプオフの検出を電動機の二次電流瞬時値を検出する必要があるために、二次電流瞬時値の取り出しが容易なべクトル制御インバータを適用した、本発明の構成例を示している。

第 2図は、第 1図のポンプオフ制御装置の詳細な構成を示すプロック図である o

第 3図〜第 8図は、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図である。

第 9図は、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ある。

第 1 0図は、本発明の方法のポンプオフコントロールの基本制御構成例を示す図である。

第 1 1図〜第 1 5図は、本発明の二次電流最大値時間と基準時間の差によってポンプオフの検出が出来ることを説明するための説明図である。

第 1 6図は、本発明の方法の二次電流最大値時間を検出する制御フローを示している。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の第 1実施例を第 1図〜第 9図を参照して説明する。

また、第 2実施例を第 1図、第 1 0図〜第 1 6図を参照して説明する。第 1図は、二次電流の瞬時値の取り出しが容易なべ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、第 2図はポンプオフ制御装置の構成を示すプロック図である。

第 1図において、 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一ループを有するべクトル制御インバータ、 4はポンプオフ制御装置である。べクトル制御インバ―タ 3は、直線指令器 3 1、速度調整器 3 2、電流調整器

3 3、 P WM制御器 3 4、変流器 3 5及びべクトル演算器 3 6を備えている。直線指令器 3 1は、ポンプオフ制御装置 4の出力である速度基準 N pを、内部に設定された加速レ一トに制限し、誘導電動機 1の速度基準 N sに変換する働きをする。速度基準 N sは速度検出器 2で検出された実際の速度 N i と比較され、その偏差が速度調整器 3 2によって増幅されて二次電流指令 I _{2 g}が出力される。電動機電流は変流器 3 5で検出され、べクトル演算器 3 6によってその二次電流成分のみが I ₂として検出され、二次電流指令 I _{2 g}と比較される。そして、その偏差が電流調整器 3 3によって増幅され、 P WM制御器 3 4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。このようにベクトル制御インバータ 3は、実際の速度 N iが速度基準 N p にほぼ等しくなるように電動機速度を自動調整する。なお、本図では、べクトル制御に必要な誘導電動機 1の磁束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。

ポンプオフ制御装置 4は、第 2図に示すように、演算器 4 1、二次電流基準発生器 4 2、比較器 4 3、出力リレー 4 4、シーケンサ 4 5、速度指令関数発生器

4 6、ポンプジャックの主速度設定器 4 7、速度指令切替器 4 8及び速度指令器 4 9を備えている。演算器 4 1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 N iに対応して I _{2 R M S}、 I を検出する。二次電流基準発生器 4 2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 _{2 Λ ν} * 又は実効値基準 I _{2 R M S} * を設定し、ボンプジャックの実際の速度 N i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 _2KMS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 2 AV * 又は I _2KMS> I 2 RMS * ならば、出力リレー 44が DN 側に切替わる。

逆に I _2AV ≤ I 2 AV * 又は I _2RMS≤ I 2 RMS * ならば、出カリレ一 44が UP側に切替わる。

ここで、 I 2 _AV> I 2 AV * 又は I _2RMS〉 I 2 RMS * は、後述のようにポンプオフ発生の検出であり、

I 2 AV ≤ I 2 AV * 又は I _2RMS≤ I 2 RM S * 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。すなわち、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ツチを自動的に判断し、それより 1ノツ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 N p s = 1 00 %速度、 N p s = 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、

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 ΔΝρ₂ = 2 ΧΔΝ ρ , だけ降速せしめられる。ただし、 Np s— Νρ 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 4 8を速度指令器 4 9側に切り替える。速度指令器 4 9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 4 5の中のノーポンプオフサーチングプロダラムが起動する。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、微速運転中にボンプオフ条件の有無しをチヱ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 4 9の微速指令のオン Z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、ノ一ボンプォフサ一チングプログラムは、速度指令切替器 4 8を主速度設定 N p s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。このようにして、ポンプジャックは N p s - Δ Ν p n 二 N pの速度で、再び制御されるようになり、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 N p sに復元する。以上述べたよう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。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。

第 3図は、ポンプジャックの定格ストローク速度が 1 1 . 3ストローク/分で、使用するポンプュニッ卜が A P I C 1 1 4 - 1 4 3 - 6 4のポンプュニッ卜において、その速度を定格の 5 0 %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ヨ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。第 3図（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、第 3図（b ) はポンプオフが生じて容積効率が 6 4 %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、ダウンスト口 —ク時のサッカロッドトルク又は正味の減速機軸トノレク、あるいは誘導電動機 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ようにすれば、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 6 6 d e g (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 0 d e gとして測ったクランク角度（以下、この角度を 0 ' 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。第 4図は、ポンプジャックのストローク速度を 2 5 %にして、ポンプの容積効率 77 V が 4 0 %の場合と容積効率 7? V が 6 3 . 7 %の場合について、上記と同一のポンプジャックに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（0 ' ベース）に対してプロッ卜したものである。図示のよう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。第 5図は、それを示したものである。この図は 1 0 0 %ストロ一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ユレ一ション解析の結果をプロットしたものである。図示のようにクランク角度 6 6 d e g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、この問題を前述のようにダウンストローク時間（後述のように、厳密には基準ダウンストロ一ク時間）に対する誘導電動機 1の二次電流の平均値

、あるいは実効値の演算検出による方法で解決した。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。

第 6図はダウンストロ一ク時の誘導電動機 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. 0 0 p . u. (1 0 0 %速度）、 0. 5 p. u. (5 0 %速度）、 0. 2 5 p. u. ( 2 5 %速度）の場合について解析した結果をプロッ卜したものである。

ポンプオフがない正常運転の時には、容積効率は、ほぼ 1 0 0 %であり、ボ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 6 3. 7 % (0 · 6 3 7 p. 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、ポンプォ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第 7図に示すよう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 2 AV ：ダウンストロ一ク時の

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： 3 6. 9 (A) すなわち、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、毎回のダウンストロ一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一クスター卜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。第 8図はポンプジャックが 1 0 0 %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（0 d e g ) から B点（ 1 8 0 d e g ) 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) + ( A 0 /Vo) = (l/S) {3ΟΚΔ 0 /6. 0) } (sec) - · · ( 1 ) ただし、

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 X S (deg/sec )

Α 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一クェ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 A 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つて、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= {∑ ( I _2t ² xAt) /T_E } ^1/2 (A) ( 2 )

I 2 AV =∑ ( I 2 t ΧΔ t ) /TE (A) ( 3 )

ただし、

I _{2 t} ：時刻 tにおける二次電流の瞬時値（A)

Δ t ：積分演算のための微小時間（sec) 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口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ァップストロ一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 5 0 %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 5 0 %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、参考として第 9図に、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。第 2図の演算器 4 1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 ' TF+Lc · W cos(d - 0)=W _ΡΚ· TF+T_CB (kg- m) (4) ただし、

T 正味減速機軸トルク (kg-m)

W 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 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 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、ポンプュニット AP I C 4 5 6— 3 0 4— 1 2 0では、 1 8 2. I d e gと、 3 6 6. 0 d e gにて T Fはゼロになっている。また、他の例で、 AP I C 1 1 4— 1 4 3— 6 4では、 1 8 4. 9 d e gと、 3 5 8. 1 d e gにて TFはゼロになっている。

ただし、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 0に変えて 0' で表すならば、（4) 式の第 2項 T_CBは、 1 8 0 d e gと 3 6 0 d e gでゼロになる。つまり、 T F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。すなわち、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、ポンプオフ又はノ一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、例えば第 6図の容積効率 6 3. 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。第 2図の二次電流基準発生器 4 2の内部には第 6図のようなデータが記憶されており、図示のように速度の信号によって選択されるようになつている。以上説明したように、本発明の第 1実施例によれば、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力一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ィンバ一夕のなかにポンプオフ制御のソフトゥヱァを組み込むことで、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。すなわち、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、油井の生産性を高めかつ設備の安全性を向上できる効果をが得られる。

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。次に、本発明の第 2実施例を第 1図、および第 1 0図〜第 1 6図を参照して説明する。

本発明の第 2実施例によれば、前記第 1実施例のダウンストローク中のモータの二次電流瞬時値の実効値、または、平均値を演算し基準値と比較して、ポンプオフを検出する方法に比べ、ポンプジャック速度の変更によって設定基準値を変更する必要がない。

また、二次電流最大値時間と設定基準時間の差を検出することを原理にした方法であるので、二次電流の大きさには関係しないので、原油の水分や不純物の含有率の変化等に起因するダウンホールポンプ負荷の変動に影響されにくくなり、それだけ正確なポンプオフの検出が可能となる。

さらに、第 1実施例の方法に比べて演算処理が簡単となるために、制御装置を簡単に構成できる長所がある。

第 1図において、 1はポンプジャック駆動用電動機、 2はその電動機に直結された速度検出器、 3はベクトル制御インバータの制御のブロック線図、 4は第 1 0図に示す本発明の第 2実施例であるポンプオフコントロールのプロック図を示している。 3 1はインバー夕の直線指令器で、ポンプオフコントロ一ル制御 4の出力である速度基準 N P をインバ一夕の直線指令器 3 1の内部に設定された加速レー卜に制限し、電動機の速度基準 N sに変換する働きをする。

この速度基準 N sは実際の速度を速度検出器 2で検出し、その出力 N i と比較され、その偏差は速度調整器 3 2によって増幅され、出力側に二次電流指令 I _{2 S} を出力する。

電動機電流は変流器 3 5で検出され、べクトル演算器 3 6によってその二次電流成分のみが I ₂ として検出され、 I _{2 S}と比較される。その偏差は電流調整器によって増幅され、 P WM制御器 3 4によって、電動機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二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。つまり、本図のべクトル制御インバ一タ 3は、公知の電流マイナ一ループを有するものである。電動機の磁束成分電流の制御回路はべクトル制御に必要ではあるが、これ自体公知であり、また本発明のポンプオフコントロールとは直接関係ないので、簡単化のために本図では省略されている。次に、本発明のポンプオフ制御方法を第 1 0図にて説明する。

第 1 0図において、 I P C A Lブロック 4 1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瞬時値の最大値を演算、検出するもので、ダウンストローク中の I _{2 P}を検出し、二次電流が I _{2 P}に到達した時点に、 A N D論理素子 5 2に、論理信号" 1 " を与える。

S I G M Aブロック 5 1は、ポンプオフ検出リレー D E T 6 1が O Nの間、一定タイミングパルス発生器 5 0が発生する時間パルス Δ tを積算する。そして A N D論理素子 5 2力ぐ' 1 " の間、二次電流サンプリング時間毎に記憶素子 5 4に S I G M Aプロック 5 1の積算結果を書き込む。つまり、 I P C A Lブロック 4 1が検出した I ₂ Pによって A N D論理素子 5 2に論理信号" 1 " が与えられると、その時点迄に積算された Δ t時間、つまり Σ Δ tの値が記憶素子 5 4に記憶されることになる。

このようにして検出されたダウンストロークの時の∑△ tを T_P1 (s e c) とすれば、この値は、基準サイクルタイム演算器 5 6の出力 T_CTR (s e c) で割算され、 t P , (p. u. ) となる。

記憶素子 4 2は、この t _{P 1}と比較するための設定基準時間 t _PR (p. u. ) を記憶するものである。この場合、 t _PRは、 AND論理素子 5 9を通して設定する手動設定による場合と、 AND論理素子 5 3を通して、記憶素子 5 5に与えられた値を、 T_CTK で割算した値 t _PRを設定する自動設定による場合の二つがある。すなわち、実際の二次電流最大値時間、 t _P1 (p. u. ) は、上記何れかの方法にて設定された設定基準時間 t_PR (p. u. ) と比較され、その差は、コンパレ —タ 4 3の入力となる。

ここで、比較器 4 3は出カリレー 4 4を次のように切り替える働きをする。

① t _P1〉t _PRの場合、出力リレー 4 4を" DN" 側に切り替える。

② 逆に、 t _P1 t _PRならば、出力リレー 4 4を" UP" 側に切り替える。なお、 t _P1>t _PRの場合とは、後述のようにポンプオフ発生の検出であり、 t P ,≤t の場合とは、その解除の検出を行なうものである。

I C ALブロック 4 5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（DN) ·昇速（U P) するための速度指令を発する機能を有する。すなわち、 4 4の DNまたは U Pの信号を計数し、例えば、 DN信号が 2回以上連続して検出されると、 I CA Lブロック 4 5の中のポンプオフシーケンスプログラムを起動する。

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 4 6を制御する。

逆に、もし、 UP信号を連続して 2回計数すると、 I CALブロック 4 5の中の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 4 6を制御する。 4 7はポンプジャックの主速度設定器で、油井状況に対応して、例えば、 N_PS = 1 0 0 %速度、 N_PS= 8 0 %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ノツチ分の速度だけ、強制的に速度指令関数発生器 4 6で降速させる。つまり、ポンプジャック速度は、 ΔΝ_Ρη→ΔΝ_Ρ1により、 N_PS— ΔΝ_Ρ1 = Ν_Ρ となりポンプオフ条件の消滅を待つ。

引き続きポンプオフが検出されると、更に、もう 1ノツチ分だけ、

例えば、 ΔΝ_Ρ2= 2 X ΔΝ_ΡΙだけ降速せしめられる。

ただし、 N_PS— ΔΝ_Ρη≤ 0の場合は、ポンプジャックは停止する。

この場合には、 I C ALブロック 4 5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。

4 9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速度指令器である。このプログラムは、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 4 8を速度指令器 4 9側に切り替える。

この切替えが完了すると、 I C ALブロック 4 5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ヱ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 4 9の微速指令の ON、 OFF並びに微速運転中のポンプオフの有り無しのチヱックを行なう。この微速運転中に、ポンプォフ解除を 2回以上連続して検出した場合、ノ一ポンプオフサーチングプログラムは、速度指令切替器 4 8を、主速度設定 N_PS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。

このようにして、ポンプジャックは、 N_PS— ΔΝ_Ρη = Ν_Ρ の速度で、再び制御されるようになり、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 N_PSに復元する。基準サイクルタイム演算器 5 6は、ポンプジャック速度を N iで取り込みと機械定数として設定されている減速比から、 1 Z2ストローク時間（=T_S /2 ) を演算する。この演算値を基準サイクルタイム T_CTR として出力する。本発明では、ポンプオフを検出するために、ポンプジャックが正常運転している場合、（ノーポンプオフの場合）の基準の二次電流最大値時間を設定基準時間として、記憶素子 MEMO 3ブロック 4 2に記憶せしめる必要がある。このため、前述のように手動設定モードと自動設定モ一ドが準備されている。

自動設定を選択した場合について述べれば、次のようになる。

自動設定を選択することにより、 AND論理素子 5 3力ぐ' 1 " になり、 AND論理素子 5 2力ぐ' 1 " の間、 S I GMAブロック 5 1の∑ Δ tを二次電流スキャン毎に記憶素子 MEMO 2ブロック 5 5に書き込む。したがって、前述の方法において、 AND論理素子 5 2力ぐ' 0 " になった瞬間に、基準点からの二次電流瞬時値が最大になる経過時間∑ Δ tが記憶素子 ME MO 2ブロック 5 5に記憶されることになる。

つまり、運転者が、ポンプジャックがノーポンプオフの状態で運転していることを確認して、このモードのプログラムを起動して、ポンプジャックを 1サイクル運転すれば、記憶素子 MEMO 2ブロック 5 5の出力として、ダウンサイクル時間中の基準点からの二次電流瞬時値が最大になる時間、つまり、設定基準時間 T_PE (s e c) を得ることが出来る。

この T_PRは T_CTR で割算され、 OR論理素子 5 8を通して、記憶素子 MEMO 3ブロック 4 2に設定される。この値に後述のように若干の裕度を考慮して、ポンプオフ検出の設定基準時間 t _PR (p. u. ) となる。手動モードにて設定する場合には、予め記憶素子 6 0に設定された基準時間 t _PRM (p. u. ) 、 AN D論理素子 5 9、 OR論理素子 5 8を通して、記憶素子 MEMO 3プロック 4 2 ή¾¾される。二次電流瞬時値の最大値と基準点から時間を検出するために、その検出開始時点、終了時点を制御しなければならない。本発明では、論理記憶素子 6 2の出力によって ON— OFFするポンプオフ検出リレ一6 1の接点 DETZC 1、 DE T/C 2によって制御するように構成している。この論理記憶素子 6 2は、その入力側に置かれた切り替えスィッチ 6 3によって、ソフトウェア処理の基準点信号発生器 6 4力、、または、ポンプジャックのストローク位置を検出するスト口一ク位置センサ 2 0の内の何れかの信号によって動作せしめられる。ストローク位置センサ 2 0は、例えば、ポンプジャックのクランク角度を検出する機械的 '磁気的 · あるいは光学的センサで、この信号はポンプジャックのストロ一ク位置がァップエンドに来た時論理記憶素子 6 2を ONし記憶すると共に、ポンプオフ検出リレー 6 1を ONする。ポンプオフ検出リレ一 6 1が ONし、ポンプオフの検出が開始される。

この論理記憶素子 6 2に記憶された位置の記憶信号は、コンパレータ 5 7が R S E Tのパルス信号を発する時に解除される。コンパレータ 5 7は、基準サイクルタイム演算器 5 6に記憶されている T_CTR (s e c) と S I GMAブロック 5 1の出力∑ A tと比較し、 Σ Δ 1;が T_CTR に等しくなつた時点に、 R S ETのパルス信号を発するように構成されている。また、この R S ETの信号によって、記憶素子 5 4の内容がリセッ卜され、次のダウンサイクルの二次電流最大値時間の検出に備える。

つまり、このような構成と制御により、ポンプオフ検出リレー 6 1によって、基準点からのダウンストロ一ク運転中のモータの二次電流最大値時間が、ダウンサイクル毎に検出できることになる。

6 4は、機械構造上の制約等でストロ一ク位置センサ 2 0の設置が難しい時のために準備したソフトウエアによる基準点信号発生器であり、その動作は後述する。

以上に述べたように、本発明は、基準点からのダウンストローク中の電動機の二次電流最大値時間を検出し、その値をポンプオフが生じていない場合の設定基準時間と比較することにより、ポンプオフまたはポンプオフ解除を検出することを原理としたポンプオフ制御方法となっている。

したがって、本発明では、電動機の二次電流瞬時値が最大値となる時間がボンプオフ条件の発生によって、ポンプオフ条件がない場合より長くなることを明らかにしなければならない。以下、これを説明する。第 1 1図は、ポンプジャックの定格ストローク速度が 1 1 . 3ストローク/分で、使用するポンプュニッ卜が A P I C 1 1 4 - 1 4 3 - 6 4のポンプュニッ卜において、定格速度にて運転した場合のサッカロッドトルク（Rod torque). モ一夕二次電流（Motor current) 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（Stroke pos i t i on) も示している。第 1 1図（a ) がポンプオフが発生した時の特性であり、第 1 1図（b ) が、ポンプオフでない時の特性である。

第 1 1図（a ) と第 1 1図（b ) を比較することにより、ストローク位置がァップストロークエンドにある時点から、モータの二次電流瞬時値が最大になる点迄の時間つまり、二次電流最大値時間が、ポンプオフが発生している時の方が長くなつていることが分かる。

この理由は、ダウンホールポンプのポンプケ一シング（Pump barrel) がアップストローク運転にて、部分的に浮遊ガス（Free gas)等に満たされた場合、アップストロークエンドからダウンストローク運転に移る場合、浮遊ガスの存在のために、ダウンストロ一クが開始されても直ぐには吐出弁が開かないためである。つまり、浮遊ガスが少ないか、あるいは浮遊ガスがない通常の運転の吐出弁の開き時間より若干遅れることになる。浮遊ガスの量が多くなると、吐出弁の開きカ^ ますます遅れ、ポンプオフの状態になる。この程度が大きくなると、ポンプジャックストロークのアップェンドから、それだけ離れた位置にて吐出弁の開放が行なわれることになり、これは、ポンプジャックの重大な事故の要因となるォ一バープレツシヤリング、（Overpressuring)を引き起こす。吐出弁の開きがボンプジャックストロークの最高位置から遅れて発生するようになれば、ダウンホ一ルポンプ（Down-hol e pump)負荷のサッカロッド系へのアンローディング時間も遅れるようになり、モータ二次電流のピーク値の位置も遅れることになる。

本発明は、この特性をポンプオフ検出の原理として応用している。第 1 2図は、実機におけるポンプジャックのポンプオフの試験結果を示したものである。

本例は、 8 0 %ストローク速度（ 1 0 0 %ストローク速度は、 1 4 s pm) で、ポンプオフが発生した場合、とポンプオフが発生していない場合のモータの二次電流のォッシログラムを重ねて示している。図を参照すると、ポンプオフの時は、二次電流最大値時間が、 9. 2 %遅れている。つまり、本発明の原理の正当性が証明されている。ここで 1 0 0 %時間は、定格サイクルタイムの 5 0 %としている。また、第 1 2図の X軸の目盛りは、 1単位時間 = 8 0 msにて示している。

また、ポンプオフの時のパーユニット遅れ時間、（=遅れ時間 z基準ストローク時間）力^ ポンプジャックストローク速度を変更しても殆ど一定であることを、同実機にて確認した。第 1表は、ポンプオフ状態がほぼ一定の場合の測定結果の例である。

第 1表ポンプオフの時の二次電流最大値時間（p. u. ) 本例では、 4 0 %ストローク速度の二次電流最大値時間（p. u. ) は、 8 0 %速度運転中のそれより 0. 0 8 3 p. u. 早くなつていることが分かる。したがって、速度制御範囲の広いポンプジャックのより厳密なポンプオフの検出には、ポンプジャック速度設定に対応して、設定基準時間（p. u. ) を修正するごとき手段を追加すれば可能であることは明らかである。

以上に説明した本発明のポンプオフ検出の原理を、更に、コンピュータシミュレ一シヨンによつて確認した。第 1 3図は、前述のポンプジャックシミュレーションモデルにおいて、ポンプオフが生じた場合と正常運転の場合の電動機 2次電流最大値時間を求め、この結果をストローク速度に対して、プロットしたものである。

図示のように、ストローク速度を変更しても、パーユニット遅れ時間の変動は少なく、本発明の方法にて確実なポンプオフの検出が可能であることが示されている。

なお、第 1 3図の中に、ポンプジャック形式は異なるが、第 1表に示した実機におけるポンプオフの二次電流最大値時間も比較のためにプロッ卜している。この結果から第 1 3図のシミュレ一ション結果が実際に近い傾向を示していると結論づけることができる。また、本発明のポンプオフ検出方法がストローク速度の変更に影響を受け難い特長をもっていることも確認できる。

ポンプオフの程度は、前述のように、ポンプケ一シングに混入た浮遊ガスの存在等によって、ダウンストローク開始時点でのダウンホールポンプの吐出弁の開放時間の遅れで代表することができる。したがって、シミュレーションでは、この遅れ時間をダウンストロ一ク時間の比で表わし、この値を種々変更して実施した。その結果を第 1 4図に示す。第 1 4図より、本発明の方法によれば、ポンプオフ状態がゆるい場合でも確実にポンプオフの検出をすることが可能であることが分かる。

また、図示のように、吐出弁の遅れを 2 0 %とした時点の t Mを、通常運転時の二次電流最大値時間のバラツキや裕度を考慮した設定基準時間として第 1 0図の記憶素子 M E M O 3ブロック 4 2より出力 t _{P R}として設定すれば、吐出弁の遅れ 2 0 %以上をポンプオフとして検出するようにすれば、実用的なポンプオフ制御方法が構成出来る。

また、吐出弁の遅れ 2 0 %未満をノ一ポンプオフ、あるいは、ポンプオフの解除として検出すれば、確実なポンプオフ解除の検出が可能となる。

なお、前掲の第 1 3図のシミュレ一ション結果は、吐出弁の遅れを 2 0 %とした場合を示している。次に、二次電流最大値時間の検出のための制御シーケンスについて説明する。第 1 5図は、カウンタバランス重量を実際に近い値に設定した場合のモータ二次電流瞬時値とポンプジャックストローク位置の関係を示す説明図である。今、第 1 5図のアップストロークエンドを、第 1 0図のストローク位置センサ 2 0にて検出する場合を説明する。すなわち、ポンプジャックストローク位置がアップストロークェンドに来た時点に、ポンプオフ検出リレ一 6 1が O Nし、二次電流最大値検出回路 4 1に、二次電流 1 ₂ の瞬時値の取り込みが開始される。同時に、 S I G M Aプロック 5 1力く△ tの積算を開始する。この結果、第 1 5 図の T _{P l}の時間が、第 1 0図の二次電流最大値検出回路 4 1、 S I G M Aブロック 5 1、 A N D論理素子 5 2によって、検出され、記憶素子（M E M O 1 ) 5 4 に記憶される。第 1 6図は、この動作を制御フローにて説明したものである。

以下、ソフトウエア処理上の問題の改善について補足説明する。

二次電流最大値時間 T p ,は、その検出前に、二次電流瞬時値の最大値の検出を要するために、実際には、この二次電流瞬時時の最大値を検出、処理する時間だけ遅れた値になる。この問題を避けるには、第 1 6図の制御フローと異なり、ボンプオフ検出リレー 6 1の O Nより O F Fまで、二次電流最大値検出回路 4 1の中に、 △ t時間毎の二次電流瞬時値をテーブルとして記憶せしめ、ポンプオフ検出リレー 6 1の O F Fより次のポンピジャックサイクルのアップストロ一ク開始迄の時間を利用して、この記憶されたテーブル値から、二次電流最大値時間を検出すると云う公知の手法を適用することもできる。また、モータ二次電流は、第 1 5図に示すような滑らかな電流波形ではなく、適用されるィンバ一夕のキヤリァ周波数の電流リップルを含む。したがって、 Δ t時間よりも更に小さいスキャン時間毎にモータ電流を取り込む手段を設け、スキャン毎の値を比較し、電流検出値が n 1回以上単調増加後、 m 1回以上単調減少した場合、その間の極大値を二次電流最大値として検出する等の公知の手段を適用することも、勿論、可能である。この二次電流値に対応した∑△ tをテーブルより検出して、この値を T_{P l}とする。次に、第 1 0図のス卜ローク位置センサ 2 0を使用しないで、アップスト口一クェンドを、 R Ρ 0 S Gブロック 6 4にてソフトウエア処理にて検出する場合を説明する。

R Ρ 0 S Gブロック 6 4は、第 1 5図のモータ二次電流のゼロクロス点 A' が、ポンプジャックの減速機軸正味トルク（=サッカロッドトルク一カウンタバランストルク）にって決定され、また、減速機軸正味トルク力^ 機械定数によって定まる特別なクランク角度に固定されることを原理にした基準位置信号発生回路である。

つまり A' 点をァップストロークのモータ二次電流瞬時値のゼロクロス点として検出し、この点を基準に、アップストロークエンド点に到達する時間を（ 1 ) 式にて ΤΡ。として演算推定する。

ただし、

TPO ：二次電流のゼロクロス点からアップストロークェンド迄の推定時間、 sec Δ ^ ： 2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ェ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）

ΊΘ 平均クランク回転速度 = 360/ Ts =6.0 xS 、 deg/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一ク速度、 spm したがって、ポンプジャックが運転中に、毎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_{P D}時間後に、ポンプジャックがアップストロークエンドに到達すると推定できる。したがって、 A' 点を検出後、 T_P。時間後に、第 1 0図の 6 1ポンプオフ検出リレーを O Nすることによって、ストローク位置センサ 2 0を使用しないで、ポンプオフの検出開始制御が可能となる。なお、 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付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、アップストローク開始時点に、運転者が、 " アップストロークスタート" の信号を入力し、この記憶信号（以下ティーチイン信号と呼ぶ）と 2次電流の大きさの論理操作を応用する。つまり、ポンプジャック力く、アップストロークで運転していることを検出するために、モー夕の二次電流が 5 0 %以上となったことを検出する新たな二次電流検出手段を設け、この信号と上記ティ一チイン信号の A N D論理により、ポンプジャックが確かに、アップストローク運転中であることを検出し記憶する。このようにして記憶されたアップストローク中に、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、第 1 0図の 6 4のブロック図にては、以上の説明のように二次電流の取り込み、ティーチイン信号の取り込み等の信号表示が必要であるが、図を簡単化のために、これ等の図示は省略されている。

また、前記の二次電流のゼロクロス A ' 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は、既に第 1実施例のところで説明している。産業上の利用可能性

本発明に係るこの新しいポンプオフ制御方法を採用することにより、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高価なダイナグラフカードシステムを使用しないで、ポンプジャックの速度制御のために使用するべクトル制御ィンバ一夕のなかに、ポンプオフコントロールのソフトウエアを内蔵しているために安価になるのみならず、正確なポンプオフの検出が可能である。

加えて、ポンプジャックの速度を制御出来るように構成しているので、この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出来るために、ダウンホールポンプゃ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。

Claims

請求の範囲

1 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一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一ク時間を検出し、各サイクル毎のダウンストロ一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ことを特徴とするボンプオフ制御方法。

2 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ことを特徴とする請求の範囲第 1項記載のポンプオフ制御方法。

3 ダウンスト口一ク終了後に、ポンプオフ条件を複数回以上連続して検出した場合には、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一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、前記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を特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項記載のポンプオフ制御方法。

4 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、ボ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、ボ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、前記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ことを特徴とする請求の範囲第 1から 3項のいずれか 1項記載のポンプオフ制御方法。

5 可変電圧、可変周波数電源にて、速度制御出来るように構成した誘導電動機駆動の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その二次電流の瞬時値を検出する手段と、

前記ポンプジャックの各サイクル毎のダウンストロ一ク時間を検出する手段と前記二次電流の各ダウンストローク時間に於ける二次電流瞬時値の最大値を検出する手段と、各ダウンストローク基準点から前記二次電流瞬時値の最大値迄の時間を検出し記憶する手段と、

その記憶された検出時間値と比較するための二次電流瞬時値の最大値迄の基準時間値を設定する手段と、を設け、

前記検出時間値と前記基準時間を毎サイクルのダウンストロ一ク終了後に比較し、該設定基準値より、二次電流の瞬時値が最大値となる時間が遅れる場合をポンプオフ条件の発生として検出することを特徴とするポンプオフ制御方法。

6 前記二次電流瞬時値が最大値となる時間の遅れをポンプジャックストローク時間の比によつて検出し設定することにより、ポンプ速度の設定変更に影響されないポンプオフの検出を可能としたことを特徴とする請求の範囲第 5項記載のポンプオフ制御方法。

7 ダウンストローク終了後に、ポンプオフ条件を 1回または複数回以上連続して検出した場合、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、前記速度において、基準点より実際の二次電流瞬時値が最大値となる時間を検出し、設定基準時間と比較することにより、前記二次電流瞬時値最大値時間が前記設定基準時間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なぉ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 1回または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ごとく制御して、ポンプオフが検出される限り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なうことを特徴とする請求の範囲第

5項又は第 6項記載のポンプオフ制御方法。

8 ポンプオフ条件が検出され、予め設定された速度だけ速度が低下せしめられ、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 1回または複数回以上、ポンプオフ条件の検出がなかった場合、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せしめられた速度分だけ速度を上昇せしめ、この上昇した速度において、実際の二次電流瞬時値が最大値となる時間を検出し、この実際時間と前記基準時間と比較することにより、前記実際時間が前記基準時間より小さい場合には、すなわちポンプオフ条件が検出されなかった場合には、その上昇せしめられた速度においてなお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 1回または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ごとく制御することにより、二次電流瞬時値が最大値になる時間を順次設定値と比較できるように構成し、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ことにより、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つて低下せしめられた速度を回復することことを特徴とする請求の範囲第 5力、ら 7項のいずれか 1項記載のポンプオフ制御方法。