智能双速采油控制装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及抽油机控制装置【技术领域】，是一种智能双速采油控制装置，其包括数据采集处理装置、双速电动机、能够固定安装在抽油机配电箱内的电流互感器和电压互感器、能够固定安装在抽油机上并检测抽油机上下始点位置的位置传感器、以及能够固定安装在油井井口上的压力传感器。本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过减去载荷传感器，并将变频器改为双速电动机，采用价格低廉、免维护的电流互感器和电压互感器，传感装置成本低廉、寿命长、维护量少，通过数据采集处理装置能够实现智能运行和节约电能，通过数据传输装置能够满足用户的数字化和智能化采油的需求，具有成本低、可靠性高、简便、高效的特点。
【专利说明】智能双速采油控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及抽油机控制装置【技术领域】，是一种智能双速采油控制装置。
【背景技术】
[0002]目前在油田的开发过程中，一方面随着油井开采时间的延长及抽油泵泄漏、泵体中油气比变化等因素的影响，使得抽油泵都不同程度地存在空抽或充满度不足的现象，造成了游梁式抽油设备的无效磨损和电能的浪费，增大了抽油设备运行维护费用；另一方面，随着信息和电子技术的发展，特别是物联网和智能油田建设技术在油田的推广应用，需要将油井的电流、示功图、液面、产液量等生产数据上传至中央控制室，以实现油井的智能化动态控制。
[0003]油田在开发过程中，针对泵充满度不足或空抽的情况，采取的节能措施主要有三种:一是将连续采油方式变为间歇采油方式，该方法由于采用分段开井模式，易造成液体采出不及时使得液面升高，从而降低地层含油混合液体流入井筒的能力、减低油井产液量；同时，在冬季时采用间歇采油方式容易出现冻裂采油管线的生产事故；二是调整电动机的皮带轮或抽油机的冲程，该方式较适合于生产能力严重长期过剩的油井，对于生产能力过剩不严重或产量变化较大的油井，如果频繁地进行，将导致工人的劳动强度大和采油成本的快速高，如果不及时进行调参作业，将会导致油井的产量下降；三是采用变频调速装置，该方式是利用变频调速器通过控制电动机输入电源的频率，来调节和控制电动机的转速或抽油机的冲次，以实现油井供液能力和产液能力的合理匹配，变频调速装置的核心是变频调速器，有人工和手动两种控制方式。
[0004]从理论上讲，采用变频调速装置能够实现油井供液能力和产液能力的合理匹配，能够实现吨液的最低耗电量和耗电费用，但在生产实际过程中远未实现上述目标，其主要原因为:1.故障率高、寿命低，游梁式抽油机的一个工作周期分为上下两个冲程，上冲程时电动机消耗的电能和抽油机平衡块势能共同拖动抽油杆向上运动，下冲程时抽油杆的自重与其在产液中的浮力差及抽油泵活塞至井口的液重拖动平衡块向上运动及电动机的运转，当向下的拖动力较大，电动机的旋转速度超过同步转速时，电动机便会变为发电机向电网发出电能，对于大多数游梁式抽油机而言，一个冲程内，电动机会存在一个或一个以上的发电机状态，即向电网返输电能的状态，变频调速器按照工作原理可以分为矩阵式变频器(交-交)和交直交变频器两种，无论矩阵变频器还是交直交变频器都是由大量的电子元器件构成，在抽油机的野外工作环境条件下，本身对其长期有效的寿命就是严峻的考验，再加之抽油机下冲程返输电能状态的存在，尽管研究机构和生产厂商经过了多年的不懈努力，在全国油田中长期有效使用的成功案例仍不多见；2.是成本高、节电不节钱，为了解决变频器在抽油机上的应用问题，生产制造单位或者选择质量或等级更高的电子元器件，以提高其适应严酷环境的能力，延长其使用寿命，或者在交-直-交型变频器的直流母排上安装泄放电阻，以损失电能的方式换取寿命；或是再设计和增加一套反向变频装置，把多余的电能返输到电网，这样要么降低了变频器的节电能力、要么增加了变频器的制造成本，而变频器本身就属于高价值的技术产品，以一台37kW的变频器为例，普通型的价格约为3.7万元，在抽油机上使用的变频器因要增加直流泄放电阻或返输电能的变频电路等附加元件，单价在5.0万元以上；37kW变频器拖动的一般为十型抽油机，平均小时耗电为8.0kffh,节电率按20%、电价按0.68元/ kWh、年运行5000小时，则其静态投资回收期为:50000/(5000*0.5*0.2*8) =9.2年，然而现有变频器在抽油机上连续正常使用9.2年的可能性极小，致使现有技术人员通常都认定在抽油机上使用变频器必然赔钱。
[0005]对于数据采集，目前在国内，大部分油田一般都使用动力仪来测得地面示功图，但是在现场，工人使用动力仪频率少，每隔一个月才使用一次，通过测量结果最终判断出油井的工作状况，这种传统地面示功图分析方法不仅给带来了人力上和物力上的浪费，也浪费了时间，降低了油井工作的效率，并且动力仪在现场的使用次数有限，不能及时做出故障诊断，会给油田带来不必要的经济损失，也大大减低了工作的效率。为了实现油田生产的自动化和智能化，提高油井运行状况分析的及时性，一般根据对油井分析的需要，采用电流互感器、电压互感器、压力传感器、载荷传感器分别用于采集抽油机运行电流、运行电压、油管压力、套管压力数据和示功图，其关键和核心部件是载荷传感器。目前，油田上用于自动化系统中的载荷传感器主要存在以下问题:1.有效寿命短，载荷传感器长期处于交变载荷的拉伸过程中，容易引起弹性系数发生变化甚至失效，准确测量的有效寿命较短；2.价格昂贵，载荷传感器包括力的测量和位移的测量两部分，按照测力原理可分为电阻应变式、压电式、压阻式等；按照测位移原理可分为拉线式、激光式和加速度式等；按照工作方式可分为有线和无线两种，由于制造工艺复杂、元气件多，导致其销售价格较高，质量较好的载荷传感器的单台售价在1000元以上，在有效寿命较短的情况下，提高了自动控制系统的运行费用；3.适应性低，载荷传感器需要安装在机架和光杆上，如果采用有线方式，需要通过较长距离的引线与数据采集装置和供电电源相连，在载荷传感器与引线随着抽油机运动而运动的状况下，极易出现故障；如果采用无线方式需要不定期更换电池，维护工作量较大。尽管载荷传感器有测量数据准确的优点，但有效寿命短、价格昂贵和适应性低成为载荷传感器、甚至机械采油系统自动控制在全油田大力推广的主要障碍。
[0006]因此，现有油井测量控制和拖动系统无法满足上述实际需求，急需开发出既能实现油井的智能动态控制，又能满足生产数据实时上传的测控装置。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种智能双速采油控制装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有采油机控制装置存在变频采油测控系统制造维护成本较高、无法长期稳定可靠工作的问题。
[0008]本发明还进一步解决了现有采油机控制装置无法实现生产数据可靠实时上传的问题。
[0009]本发明的技术方案是通过以下措施来实现的:一种智能双速采油控制装置，包括数据采集处理装置、双速电动机、能够固定安装在抽油机配电箱内的电流互感器和电压互感器、能够固定安装在抽油机上并检测抽油机上下始点位置的位置传感器、以及能够固定安装在油井井口上的压力传感器；电流互感器、电压互感器、位置传感器和压力传感器分别与数据采集处理装置的信号输入端子电连接，数据采集处理装置的信号输出端子电连接有能够控制双速电动机高低速工作状态的继电接触器自控装置，数据采集处理装置上安装有数据传输装置。
[0010]下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进:
上述数据采集处理装置可包括壳体、模数转换模块、中央处理器和数模转换模块；电流互感器、电压互感器、位置传感器和压力传感器的信号输出端分别与模数转换模块的输入端子电连接，模数转换模块的输出端子与中央处理器的信号输入端电连接，中央处理器的信号输出端与数模转换模块的输入端子电连接。
[0011]上述继电接触器自控装置可包括能够固定安装在抽油机配电箱内的高速自控继电接触器和低速自控继电接触器，高速自控继电接触器包括高速自控接触器线圈和能够因高速自控接触器线圈通电而闭合的高速自控接触器常开触点，低速自控继电接触器包括低速自控接触器线圈和能够因低速自控接触器线圈通电而闭合的低速自控接触器常开触点；高速自控接触器线圈电连接在数模转换模块的第一输出端上，低速自控接触器线圈电连接在数模转换模块的第二输出端上；双速电动机的控制电路包括继电接触器高速控制电路和继电接触器低速控制电路，在继电接触器高速控制电路中的高速控制继电器线圈的一端电串接有高速自控接触器常开触点，在继电接触器低速控制电路中的低速控制继电器线圈的一端电串接有低速自控接触器常开触点。
[0012]上述数据传输装置包括可传输模块、有线通讯模块、有线输出接口、无线通讯模块和远程通讯天线；传输模块、有线通讯模块和无线通讯模块安装在壳体内部，有线输出接口和远程通讯天线安装在壳体上，传输模块的输入端与中央处理器的通信端电连接，传输模块的输出端电连接有有线通讯模块和无线通讯模块，有线通讯模块的信号输出端与有线输出接口电连接，无线通讯模块的信号输出端与远程通讯天线电连接并能够发射远程无线数据信号。
[0013]上述有线输出接口可通过数据线缆电连接有计算机或数据记录仪。
[0014]上述电流互感器可包括A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器，A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器的一次线圈分别套装在双速电动机的A相电源线、B相电源线和C相电源线上，A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器的二次线圈的接线端子分别与数据采集处理装置的信号输入端子电连接；电压互感器可包括A相电压互感器、B相电压互感器和C相电压互感器，A相电压互感器、B相电压互感器和C相电压互感器的一次线圈的接线端子分别与双速电动机的A相电源线、B相电源线和C相电源线电连接，A相电压互感器、B相电压互感器和C相电压互感器的二次线圈的接线端子分别与数据采集处理装置的信号输入端子电连接。
[0015]上述压力传感器可包括油管压力传感器和套管压力传感器。
[0016]上述位置传感器可包括上位置传感器和下位置传感器，上位置传感器固定在抽油机本体上并能够在平衡块位于上始点位置时发出信号，下位置传感器固定在抽油机本体上并能够在平衡块位于下始点位置时发出信号。
[0017]上述数据采集处理装置的信号输出端子电连接有能够与变频调速器的控制端子电连接的电流模拟输出预留接口和电压模拟输出预留接口。
[0018]本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过减去载荷传感器，并将变频器改为双速电动机，采用价格低廉、免维护的电流互感器和电压互感器，传感装置成本低廉、寿命长、维护量少，通过数据采集处理装置能够实现智能运行和节约电能，通过数据传输装置能够满足用户的数字化和智能化采油的需求，具有成本低、可靠性高、简便、高效的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]附图1为本发明最佳实施例的电关联示意图。
[0020]附图2为附图1中的双速电动机的控制电路示意图。
[0021]附图中的编码分别为:1为数据采集处理装置，2为双速电动机，3为电流互感器，4为电压互感器，5为位置传感器，6为压力传感器，7为数据传输装置，8为模数转换模块，9为中央处理器，10为数模转换模块，11为高速自控接触器线圈，12为高速自控接触器常开触点，13为低速自控接触器线圈，14为低速自控接触器常开触点，KMlO为高速控制继电器线圈，KM20为低速控制第一继电器线圈，KM30为低速控制第二继电器线圈，KM33为低速第二继电器常闭触点，KMl3为高速继电器常闭触点。
【具体实施方式】
[0022]本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
[0023]在本发明中，为了便于描述，部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如:前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
[0024]下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述:
如附图1、2所示，该智能双速采油控制装置包括数据采集处理装置1、双速电动机2、能够固定安装在抽油机配电箱内的电流互感器3和电压互感器4、能够固定安装在抽油机上并检测抽油机上下始点位置的位置传感器5、以及能够固定安装在油井井口上的压力传感器6 ；电流互感器3、电压互感器4、位置传感器5和压力传感器6分别与数据采集处理装置I的信号输入端子电连接，数据采集处理装置I的信号输出端子电连接有能够控制双速电动机2高低速工作状态的继电接触器自控装置，数据采集处理装置I上安装有数据传输装置
7。本发明与现有的智能采油测控系统相比的差异在于减少了载荷传感器，并且将控制和拖动装置由现有通过变频器控制普通电动机改为通过继电接触器自控装置控制双速电动机
2。双速电动机2为现有公知公用的装置，其通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速，由于具有可随负载性质的要求而有级地变化转速，从而达到功率和转速的合理匹配和简化变速系统的特点而堪称机械系统节约能耗的理想动力，在机床、矿山、冶金、纺织、印染、化工、农机等工农业部门得到广泛的应用。由于省去了传统的抽油机自动化控制所必须的载荷传感器，采用价格低廉、免维护的电流互感器3和电压互感器4，将电流互感器3和电压互感器4安装在抽油机配电箱内，避免了修井作业时对传感器的损坏，成本低廉、寿命长、维护量少。通过数据传输装置7能够满足用户的数字化和智能化采油的需求。
[0025]可根据实际需要，对上述智能双速采油控制装置作进一步优化或/和改进: 如附图1所示，数据采集处理装置I包括壳体、模数转换模块8、中央处理器9和数模转
换模块10 ;电流互感器3、电压互感器4、位置传感器5和压力传感器6的信号输出端分别与模数转换模块8的输入端子电连接，模数转换模块8的输出端子与中央处理器9的信号输入端电连接，中央处理器9的信号输出端与数模转换模块10的输入端子电连接。抽油机地面设备包括电动机和抽油机本体两部分。根据能量守恒定律，电动机的瞬时输入功率为电动机的瞬时消耗功率、机械部分瞬时损耗功率和光杆的瞬时功率三者之和。电动机的瞬时消耗功率除与电动机的制造质量、型号有关外，主要与电动机的运行电流和电压有关；通过对抽油机系统功率和损耗研究与分析，机械部分瞬时损耗功率在每个冲次中与光杆所处位置直接相关，而且光杆在同一位置时基本相同，并且在一定时间内不会改变。因此，只要准确测量出抽油机电动机的瞬时输入功率，依据实际抽油机、电动机型号和运行数据，采用建立的机械部分瞬时损耗功率、电动机的瞬时消耗功率模型，就可以计算得出抽油机的光杆功率，绘制出分析抽油机运行状况的示功图(电功图)。本发明采用计算机技术，通过对示功图(电功图)面积大小的变化，利用示功图面积与抽油机产液量线性正相关的关系，计算出抽油机井的产液量、供液能力与抽汲能力的比例、动液面的变化等情况，产生的相关数据信息一方面通过数据传输装置7上传至中央控制室，用于指导生产状况的分析和管理；另一方面通过开关输出至双速电动机2，通过自动改变电动机的转速和抽油机的冲次，实现抽油机供液与抽汲的平衡，达到智能运行和节约电能的目的。
[0026]如附图1、2所示，继电接触器自控装置包括能够固定安装在抽油机配电箱内的高速自控继电接触器和低速自控继电接触器，高速自控继电接触器包括高速自控接触器线圈11和能够因高速自控接触器线圈11通电而闭合的高速自控接触器常开触点12，低速自控继电接触器包括低速自控接触器线圈13和能够因低速自控接触器线圈13通电而闭合的低速自控接触器常开触点14 ;高速自控接触器线圈11电连接在数模转换模块10的第一输出端上，低速自控接触器线圈13电连接在数模转换模块10的第二输出端上；双速电动机2的控制电路包括继电接触器高速控制电路和继电接触器低速控制电路，在继电接触器高速控制电路中的高速控制继电器线圈的一端电串接有高速自控接触器常开触点12，在继电接触器低速控制电路中的低速控制继电器线圈的一端电串接有低速自控接触器常开触点14。双速电动机2的继电接触器高速控制电路和继电接触器低速控制电路为现有公知公用的控制电路，在如附图2所示的双速电动机的控制电路示意图中，双速电动机2的继电接触器高速控制电路包括高速控制继电器线圈KMlO和低速第二继电器常闭触点KM33，双速电动机2的继电接触器低速控制电路包括低速控制第一继电器线圈KM20、低速控制第二继电器线圈KM30和高速继电器常闭触点KM13，其高速控制继电器线圈为高速控制继电器线圈KM10，其低速控制继电器线圈包括低速控制第一继电器线圈KM20和低速控制第二继电器线圈KM30，低速控制第一继电器线圈KM20和低速控制第二继电器线圈KM30电并联在一起，该低速第二继电器常闭触点KM33能够因低速控制第二继电器线圈KM30通电而断开，该高速继电器常闭触点KM13能够因高速控制继电器线圈KMlO通电而断开，高速控制继电器线圈KMlO和低速第二继电器常闭触点KM33之间电串接有高速自控接触器常开触点12，低速控制第一继电器线圈KM20和高速继电器常闭触点KMl3之间电串接有低速自控接触器常开触点14。
[0027]根据实际需要，数据传输装置7包括传输模块、有线通讯模块、有线输出接口、无线通讯模块和远程通讯天线；传输模块、有线通讯模块和无线通讯模块安装在壳体内部，有线输出接口和远程通讯天线安装在壳体上，传输模块的输入端与中央处理器9的通信端电连接，传输模块的输出端电连接有有线通讯模块和无线通讯模块，有线通讯模块的信号输出端与有线输出接口电连接，无线通讯模块的信号输出端与远程通讯天线电连接并能够发射远程无线数据信号。通过远程通讯天线能够向数据采集和通讯装置发射远程无线数据信号传递数据，最好能够每小时一次实时显示和展示油井生产所需的数据，包括生产单位、井号、A相运行电流、B相运行电流、AB相运行电压、BC相运行电压、平均运行有功功率、平均运行无功功率、平均运行功率因数、绘制示功图、冲程、冲次、抽油机平衡度、上冲程最大力、下冲程最小力、油管压力、套管压力、动液面深度、油井产量。根据示功图还能够判别供液能力情况，闭环实时控制抽油机的运行冲次，输出端口分为两种模式:给出双速电动机2控制模式，实现抽油机两级冲次运行模式；给出变频器控制模式，实现抽油机无级连续调冲次。具有数据上传和多种电动机闭环控制端口，全面满足用户的数字化和智能化采油的需求。虽然系统对油井产量和动液面的计算精度稍低，但能满足用户对油井状态管理的需求，实时性强。通过单井标定和技术积累，为用户简化油田工艺流程奠定基础和提供平台，节约投资。
[0028]根据实际需要，有线输出接口通过数据线缆电连接有计算机或数据记录仪。
[0029]根据实际需要，电流互感器3包括A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器，A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器的一次线圈分别套装在双速电动机2的A相电源线、B相电源线和C相电源线上，A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器的二次线圈的接线端子分别与数据采集处理装置I的信号输入端子电连接；电压互感器4包括A相电压互感器、B相电压互感器和C相电压互感器，A相电压互感器、B相电压互感器和C相电压互感器的一次线圈的接线端子分别与双速电动机2的A相电源线、B相电源线和C相电源线电连接，A相电压互感器、B相电压互感器和C相电压互感器的二次线圈的接线端子分别与数据采集处理装置I的信号输入端子电连接。
[0030]根据实际需要，压力传感器6包括油管压力传感器和套管压力传感器。通过固定安装在油井井口的油管压力传感器和套管压力传感器分别检测油管压力和套管压力。
[0031]根据实际需要，位置传感器5包括上位置传感器和下位置传感器，上位置传感器固定在抽油机本体上并能够在平衡块位于上始点位置时发出信号，下位置传感器固定在抽油机本体上并能够在平衡块位于下始点位置时发出信号。
[0032]根据实际需要，数据采集处理装置I的信号输出端子电连接有能够与变频调速器的控制端子电连接的电流模拟输出预留接口和电压模拟输出预留接口。通过电流模拟输出预留接口和电压模拟输出预留接口，能够连接并控制现有设备上已有的完好的变频调速器，最大化的利用现有设备资源，节省成本。
[0033]一、本发明智能双速采油控制装置与现有变频采油测控系统的节能及成本对比如下:
1.本发明智能双速采油控制装置与现有变频采油测控系统节电性能对比如下:
以电动机功率30?37kW、10?12型抽油机为例，根据统计结果，抽油机的耗电量与抽油机冲次成线性正相关关系，双速电动机在低速运行时，12极、16极时与变频器拖带8极单速电动机运行频率分别为33.3 Hz,25.0 Hz的抽油机冲次一致，在工频(电动机高速)状态下，耗电功率约8kW，按年运行时率5000h、电价按0.5元/ kWh，计算抽油机单井最大节电量(一直运行于低频或低速状态)和平均节电量(低频或低速状态、高频或高速状态各50%)的情况见表1。
[0034]从表1可以看出，在平均工况下，抽油机使用本发明时的年节电费用少于使用现有变频采油测控系统的年节电费用约906元，即本发明的节电能力略低于现有变频采油测控系统的节电能力。
[0035]2.本发明与现有变频采油测控系统的制造及安装维护成本对比如下:
以37kW的10型抽油机为例，变频采油测控系统的制造成本约39381元，其构成为:
变频器:37*800=29600 元
测控传感器:1500兀
配电箱及开关:2500元
技术开发费用分摊:500元
安装费用:300元
管理费用:(29600+1500+2500+500+300) *0.08=34400*0.08=2752 元
税金:(34400+2752) *0.08=2229 元
现有变频采油测控系统的市场单价约为5万元，根据表1，现有变频采油测控系统平均年节电费用为5440元 ，投资回收期为9.2年，不仅高于中国石油“节能投资项目的投资回收期不得高于5年”的规定，根据实际使用经验推断，变频装置在野外环境下无法使用9.2年，在销售单价5.0万元的情况下，企业毛利润为10619元，单台利润率为21.24%。
[0036]而本发明的制造成本约11219元，其构成为:
测控传感器:500元(减少载荷传感器费用1000元)
电动机改造费用:6000元
配电箱及开关:2500元 技术开发费用分摊:500元 安装费用:300元
管理费用:(500+6000+2500+500+300) *0.08=9800*0.08=784 元
税金:(9800+784) *0.06=635 元
从表1可以看出，本发明平均年节电费用4534元，按照投资回收期五年进行反算，系统设备的单台价格最高限额5*4534=22670元。在销售单价22670元的情况下，企业毛利润为11450元，单台利润率为50.51%。在本发明销售单价22670元时，不仅满足中国石油“节能投资项目的投资回收期不得高于5年”的规定，单台毛利润和利润率比现有变频采油测控系统分别高831元和29.27个百分点，价格竞争优势明显。
[0037]3.本发明与现有变频采油测控系统的关键部件使用寿命对比如下:
现有变频采油测控系统的载荷传感器的使用寿命:一般不超过3年
现有变频采油测控系统的变频器的使用寿命:一般为3-5年 本发明的电流互感器的使用寿命:超过10年 本发明的电压互感器的使用寿命:超过10年 本发明的压力传感器的使用寿命:超过7年 本发明的位置传感器的使用寿命:超过7年 本发明的双速电动机的使用寿命:超过10年
从上述数据对比可以看出，现有变频采油测控系统的有效使用寿命不超过3年，本发明的有效使用寿命在5年以上无技术风险。
[0038]综上所述，使用本发明虽然节电能力略低于现有变频采油测控系统，但其制造维护成本大大降低，综合经济性能较好，不仅满足中国石油“节能投资项目的投资回收期不得高于五年”的规定，单台毛利润和利润率都高于现有变频采油测控系统，制造维护成本低，能够长期可靠稳定运行、使用寿命长。
[0039]本发明经济性能较好，不仅满足中国石油“节能投资项目的投资回收期不得高于五年”的规定，单台毛利润和利润率都高于现有变频采油测控系统，价格竞争优势明显，而且智能双速采油测控系统有效使用寿命五年以上无技术风险。减去载荷传感器，并将变频器改为双速电动机后，本发明具有以下特点:1.准确性有所降低，但可靠性和适应性明显提高，系统设计由载荷传感器产生的动力示功图改为电能功图后，示功图的总体形状不发生变化，但示功图所包围面积数据的准确性将有所降低，由于工程上应用示功图的目的，在于通过示功图形状来分析抽油机的运行状态和地层供液能力，因此，动力示功图改为电能功图后，虽然准确性有所降低但能够满足工程分析和控制的实际需求，采用电流、电压互感器4与载荷传感器相比，电流互感器、电压互感器在抽油机的动力控制箱内安装，安装与连接便捷、环境与修井等油田作业影响小，且一直处于相对静止状态，可靠性和适应性明显提高；2.寿命长 、 免维护，电流互感器3、电压互感器4采用电磁元件制成，设计寿命超过十年，且终生免维护；载荷传感器由大量电子元件制成，在严寒酷暑的环境条件下，电子元件老化、压敏元件失去弹性的速度较快，寿命较短，一般不超过三年，且需要定期或不定期地对供电电池和连接导线进行维护，工作量大、费用高，双速电动机与变频调速装置相比，除需要定期进行轴承润滑保养外，基本处于终生免维护状态，设计寿命超过变频调速装置二倍、实际寿命超过三倍以上；3.继承性好、开发难度和风险低，现行的采用载荷传感器和变频调速装置的智能采油测控系统已研究、开发、应用多年，虽然推广范围不大，但数据采集、处理、远传和控制技术及设备相对成熟，在不对系统设计理念进行调整的情况下，只对系统中的薄弱环节进行改进，由于相对继承性较好，有效降低了开发的技术难度和投资风险。
[0040]以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
[0041]表1
【权利要求】
1.一种智能双速采油控制装置，其特征在于包括数据采集处理装置、双速电动机、能够固定安装在抽油机配电箱内的电流互感器和电压互感器、能够固定安装在抽油机上并检测抽油机上下始点位置的位置传感器、以及能够固定安装在油井井口上的压力传感器；电流互感器、电压互感器、位置传感器和压力传感器分别与数据采集处理装置的信号输入端子电连接，数据采集处理装置的信号输出端子电连接有能够控制双速电动机高低速工作状态的继电接触器自控装置，数据采集处理装置上安装有数据传输装置。
2.根据权利要求1所述的智能双速采油控制装置，其特征在于数据采集处理装置包括壳体、模数转换模块、中央处理器和数模转换模块；电流互感器、电压互感器、位置传感器和压力传感器的信号输出端分别与模数转换模块的输入端子电连接，模数转换模块的输出端子与中央处理器的信号输入端电连接，中央处理器的信号输出端与数模转换模块的输入端子电连接。
3.根据权利要求1或2所述的智能双速采油控制装置，其特征在于继电接触器自控装置包括能够固定安装在抽油机配电箱内的高速自控继电接触器和低速自控继电接触器，高速自控继电接触器包括高速自控接触器线圈和能够因高速自控接触器线圈通电而闭合的高速自控接触器常开触点，低速自控继电接触器包括低速自控接触器线圈和能够因低速自控接触器线圈通电而闭合的低速自控接触器常开触点；高速自控接触器线圈电连接在数模转换模块的第一输出端上，低速自控接触器线圈电连接在数模转换模块的第二输出端上；双速电动 机的控制电路包括继电接触器高速控制电路和继电接触器低速控制电路，在继电接触器高速控制电路中的高速控制继电器线圈的一端电串接有高速自控接触器常开触点，在继电接触器低速控制电路中的低速控制继电器线圈的一端电串接有低速自控接触器常开触点。
4.根据权利要求1或2所述的智能双速采油控制装置，其特征在于数据传输装置包括传输模块、有线通讯模块、有线输出接口、无线通讯模块和远程通讯天线；传输模块、有线通讯模块和无线通讯模块安装在壳体内部，有线输出接口和远程通讯天线安装在壳体上，传输模块的输入端与中央处理器的通信端电连接，传输模块的输出端电连接有有线通讯模块和无线通讯模块，有线通讯模块的信号输出端与有线输出接口电连接，无线通讯模块的信号输出端与远程通讯天线电连接并能够发射远程无线数据信号。
5.根据权利要求3所述的智能双速采油控制装置，其特征在于数据传输装置包括传输模块、有线通讯模块、有线输出接口、无线通讯模块和远程通讯天线；传输模块、有线通讯模块和无线通讯模块安装在壳体内部，有线输出接口和远程通讯天线安装在壳体上，传输模块的输入端与中央处理器的通信端电连接，传输模块的输出端电连接有有线通讯模块和无线通讯模块，有线通讯模块的信号输出端与有线输出接口电连接，无线通讯模块的信号输出端与远程通讯天线电连接并能够发射远程无线数据信号。
6.根据权利要求4所述的智能双速采油控制装置，其特征在于有线输出接口通过数据线缆电连接有计算机或数据记录仪。
7.根据权利要求5所述的智能双速采油控制装置，其特征在于有线输出接口通过数据线缆电连接有计算机或数据记录仪。
8.根据权利要求1或2或3所述的智能双速采油控制装置，其特征在于电流互感器包括A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器，A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器的一次线圈分别套装在双速电动机的A相电源线、B相电源线和C相电源线上，A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器的二次线圈的接线端子分别与数据采集处理装置的信号输入端子电连接；电压互感器包括A相电压互感器、B相电压互感器和C相电压互感器，A相电压互感器、B相电压互感器和C相电压互感器的一次线圈的接线端子分别与双速电动机的A相电源线、B相电源线和C相电源线电连接，A相电压互感器、B相电压互感器和C相电压互感器的二次线圈的接线端子分别与数据采集处理装置的信号输入端子电连接。
9.根据权利要求4或5或6或7所述的智能双速采油控制装置，其特征在于电流互感器包括A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器，A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器的一次线圈分别套装在双速电动机的A相电源线、B相电源线和C相电源线上，A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器的二次线圈的接线端子分别与数据采集处理装置的信号输入端子电连接；电压互感器包括A相电压互感器、B相电压互感器和C相电压互感器，A相电压互感器、B相电压互感器和C相电压互感器的一次线圈的接线端子分别与双速电动机的A相电源线、B相电源线和C相电源线电连接，A相电压互感器、B相电压互感器和C相电压互感器的二次线圈的接线端子分别与数据采集处理装置的信号输入端子电连接。
10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9所述的智能双速采油控制装置，其特征在于压力传感器包括油管压力传感器和套管压力传感器；或/和，位置传感器包括上位置传感器和下位置传感器，上位置传感器固定在抽油机本体上并能够在平衡块位于上始点位置时发出信 号，下位置传感器固定在抽油机本体上并能够在平衡块位于下始点位置时发出信号；或/和，数据采集处理装置的信号输出端子电连接有能够与变频调速器的控制端子电连接的电流模拟输出预留接口和电压模拟输出预留接口。
【文档编号】E21B43/00GK103982161SQ201410192357
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】张汉, 来现利, 鲍钟峻 申请人:克拉玛依市博瑞科技发展有限公司, 克拉玛依中兴石油科技有限公司