专利名称：一种具有变频控制装置的智能间歇性抽油机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油田上使用的抽油机，具体的说，是涉及一种具有变频控制 装置的抽油机。
背景技术：
本装置的研发主要是针对大庆油田作出。目前由于油田开发已经逐渐接近中、后 期，为了保证完成年产4000万吨原油的生产任务，各个边远采油区块的开发力度正迅速加 大。由于边远区块都是低产能油区，产液量都不够最小型的抽油机M小时连续抽取，因此， 在这些采油区段开始逐渐实行抽油机间歇运行的方式。但是由此也产生了一个问题首 先，在间歇运行时，油井产出液面情况不同，以常规抽油机进行开采，抽油杆柱塞的下探深 度难以准确把握，导致能量损耗较大；其次，间歇运行时，钢丝绳易发生缠绕，会对电机和井 口造成一定的冲击，减少抽油机的使用寿命。
发明内容为了解决背景技术中所提到的技术问题，本实用新型提供一种具有变频控制装置 的智能间歇性抽油机，该种智能间歇性抽油机能够实时检测油井产出液面的深度以控制抽 油杆柱塞的下放深度，并且还能够保证抽油机的滚筒在缠绕时具有恒定的线速度从而避免 了钢丝绳的缠绕，具有节能、高效以及提高抽油机的使用寿命等特点。本实用新型的技术方案是该种具有变频控制装置的智能间歇性抽油机，包括滚 筒、电动机、绞盘、钢丝绳以及抽油杆柱塞等常规抽油机构件，其独特之处在于所述智能间 歇性抽油机还包括一台智能控制箱，所述智能控制箱内包含带有模/数转换器的可编程序 控制器、抽油机用变频器、IGBT触发控制电路以及内置SIM卡的GSM模块，所述可编程序控 制器向抽油机用变频器输出控制信号并接收来自于该抽油机用变频器的反馈电流信号，所 述IGBT触发控制电路接收来自于所述可编程序控制器的触发控制信号并向所述抽油机用 变频器中的IGBT电路输出触发信号，所述抽油机用变频器的三相交流电源输出端连接至 所述电动机的动力电源输入端；在所述钢丝绳上固定有张力传感器，在所述抽油杆柱塞的 底部固定有深度传感器，由所述张力传感器和深度传感器引出的信号分别输入所述可编程 序控制器的张力信号输入端和深度信号输入端；所述GSM模块与所述可编程序控制器的数 字通讯信号输入/输出端之间进行双向数据传输。在上述方案基础上可以选择所述张力传感器为电阻应变片压力传感器，采用金属 丝应变电阻；所述深度传感器采用液位传感器，采用陶瓷电容压力敏感元件。本实用新型具有如下有益效果该种具有变频控制装置的智能间歇性抽油机可以 通过固定于钢丝绳上的张力传感器检测钢丝绳负荷的变化，进而判断液面，并将深度传感 器所检测到的抽油机柱塞当前距离定为井下液面深度，向PLC输出上述张力信号和深度信 号后，在PLC内置程序的控制下，控制系统根据用户设置的遇液下行距离，在不超出用户设 定的下行停车距离前提下，控制变频器输出动力电源，使得抽油机柱塞继续下行至指定深
3度，电机停止，刹车制动，抽油机柱塞停留在该位置，几分钟后，制动器松开，电机正转，抽油 机柱塞在钢丝绳的带动下上行抽油。由于本种智能间歇性抽油机的抽油间歇时间和下行深 度都是根据每次测得液面情况动态变化的，从而提高抽油效率。同时在液面少的情况下，可 以停机待油面上升后，再进行工作，达到节能的目的。此外，在抽油机用变频器的变频作用 下，抽油机滚筒的线速度能够保持不变，保证了抽油机柱塞的提升与下放速度均勻，从而解 决了滚筒的钢丝绳缠绕问题，避免了工作时会对电机和井口造成冲击，确保了生产的安全 可靠性，提高了抽油机的使用寿命。
图1是本实用新型的组成示意图。图2是本实用新型中智能控制箱的构成原理图。图中1-滚筒，2-电动机，3-智能控制箱，4-绞盘，5-张力传感器，6-钢丝绳，7-抽 油机柱塞，8-深度传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明由图1所示，该种具有变频控制装置的智能间歇性抽油机，包括滚筒1、电动机2、 绞盘3、钢丝绳6以及抽油杆柱塞7等常规抽油机结构，其独特之处在于所述智能间歇性 抽油机还包括一台智能控制箱3。所述智能控制箱的组成原理图如图2所示，其内包含带有 模/数转换器的可编程序控制器、抽油机用变频器、IGBT触发控制电路以及内置SIM卡的 GSM模块。所述可编程序控制器向抽油机用变频器输出控制信号并接收来自于该抽油机用 变频器的反馈电流信号，所述IGBT触发控制电路接收来自于所述可编程序控制器的触发 控制信号并向所述抽油机用变频器中的IGBT电路输出触发信号，所述抽油机用变频器的 三相交流电源输出端连接至所述电动机2的动力电源输入端；在所述钢丝绳6上固定有张 力传感器5，在所述抽油杆柱塞7的底部固定有深度传感器8，由所述张力传感器5和深度 传感器8引出的信号分别输入所述可编程序控制器的张力信号输入端和深度信号输入端； 所述GSM模块与所述可编程序控制器的数字通讯信号输入/输出端之间进行双向数据传 输。在本方案中，张力传感器可以使用电阻应变片压力传感器。该种传感器的工作原 理为吸附在基体材料上的应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变 效应。以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，其 电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻 值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要 测出加在电阻两端的电压变化，即可获得应变金属丝的应变情况，进而获得所受到的拉力 情况。所谓深度传感器可以采用液位传感器，液位传感器是一种测量液位的压力传感器，是 基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，通过隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容 压力敏感元件，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号具体实施时，所述可编程序控制器可以选用西门子S7_2^XM型，所述GSM模块可 以选用西门子TC35I型。
4[0014]本种抽油机在具体使用时，由于在钢丝绳提升过程中，滚筒卷取钢丝绳张力必须 保持恒定，才能保证滚筒卷取的钢丝绳平整，不致于有的地方受力大，有的地方受力小，这 样就必须使其滚筒的线速度保持恒定。而负载阻转矩IY=Fr，随着提升过程中卷取半径r将 越来越大，而线速度不变，那么在提升的过程中，电机的转速是越来越小的，下放钢丝绳与 提升过程相反的。本种抽油机中的变频器由可控硅输出脉宽与占空比可调的脉冲，来控制 电机的转速与电流，从而满足该间歇性抽油机工况的要求。此外，在该抽油机中，由于在所述GSM模块中内嵌SIM卡，因此可以实现在可编程 序控制器的控制下发送短信或接收控制短信的功能。在油田操作人员要对采油设备正常作 业时，例如进行取油样、维修检修等工作时，则可以先通过手机向该装置发送一条开始工作 或停止运行的指令，系统收到信息后就会提前采取动作，当操作人员完成工作再向控制系 统发送一条恢复指令，系统就会重新启动正常程序。发送短信操作和普通短信操作一样，短 信发给该SIM对应的手机号就可以。其中操作人员的手机号在系统组态时已经存入系统的 电话号码本里，只有电话号码本内的号码发送短信才会生效。
权利要求1.一种具有变频控制装置的智能间歇性抽油机，包括滚筒(1)、电动机(2)、绞盘(3)、 钢丝绳(6)以及抽油杆柱塞(7)，其特征在于所述智能间歇性抽油机还包括一台智能控 制箱(3)，所述智能控制箱内包含带有模/数转换器的可编程序控制器、抽油机用变频器、 IGBT触发控制电路以及内置SIM卡的GSM模块，所述可编程序控制器向抽油机用变频器输 出控制信号并接收来自于该抽油机用变频器的反馈电流信号，所述IGBT触发控制电路接 收来自于所述可编程序控制器的触发控制信号并向所述抽油机用变频器中的IGBT电路输 出触发信号，所述抽油机用变频器的三相交流电源输出端连接至所述电动机(2)的动力电 源输入端；在所述钢丝绳(6)上固定有张力传感器(5)，在所述抽油杆柱塞(7)的底部固定 有深度传感器(8)，由所述张力传感器(5)和深度传感器(8)引出的信号分别输入所述可编 程序控制器的张力信号输入端和深度信号输入端；所述GSM模块与所述可编程序控制器的 数字通讯信号输入/输出端之间进行双向数据传输。
2.根据权利要求1中所述的一种具有变频控制装置的智能间歇性抽油机，其特征在 于所述可编程序控制器为西门子S7-2^5XM型，所述GSM模块为西门子TC35I型。
3.根据权利要求1或2中所述的一种具有变频控制装置的智能间歇性抽油机，其特征 在于所述张力传感器(5)为电阻应变片压力传感器，采用金属丝应变电阻；所述深度传感 器(8 )采用液位传感器，采用陶瓷电容压力敏感元件。
专利摘要一种具有变频控制装置的智能间歇性抽油机。主要解决现有技术中存在的常规抽油机在间歇抽油的工作方式下能量损耗大、钢丝绳易发生缠绕等问题。其特征在于所述抽油机还包括一台智能控制箱，箱内包含带有模/数转换器的可编程序控制器、抽油机用变频器、IGBT触发控制电路以及内置SIM卡的GSM模块，可编程序控制器向抽油机用变频器输出控制信号并接收来自于该抽油机用变频器的反馈电流信号，IGBT触发控制电路接收来自于可编程序控制器的触发控制信号并向抽油机用变频器中的IGBT电路输出触发信号；在钢丝绳上固定有张力传感器，在抽油杆柱塞的底部固定有深度传感器。具有节能、高效以及提高抽油机的使用寿命等特点。
文档编号E21B47/04GK201857940SQ20102055068
公开日2011年6月8日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者张博, 张松, 王念兴, 金光明, 雷志强 申请人:大庆石油管理局