潜油井下控制器及控制方法技术

一种潜油井下控制器及控制方法，其控制器包括：机械单元、传感器单元、密封单元、散热单元和控制单元，所述机械单元包括：主壳体，在主壳体内部设有控制单元、传感器单元和散热单元，主壳体的前端通过联接套筒与密封单元相连，后端通过圆形堵盖与底部接头相连。本发明专利技术的潜油井下控制器及控制方法，其潜油井下控制器采用井下直接驱动电机的方式，使得在井下实时监控电机的运行状态，最大限度提高了电利用率和抽油效率；并且潜油井下驱动系统采用模块化设计，提高了可靠性，结构简单且可以根据需要灵活设计；本发明专利技术的潜油井下控制器适用于所有在井下通过电机进行采油的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石油开采设备控制领域，涉及一种潜油井下控制器及控制方法。
技术介绍
目前我国和世界其他产油国家，油田上都广泛使用潜油电机来驱动潜油电泵来汲取原油，传统的潜油电泵系统，是由地面控制器来驱动井下的潜油电机及潜油电泵，现有的潜油系统地面控制器存在如下问题：一、现有的潜油系统地面控制器一般是将地面上电网输入的380V三相交流电转化为输出给电机的三相交流电之后，通过电缆把三相电接到井下的潜油电机，而下井距离一般为1000米～2000多米，因此一方面增加了电缆成本，另一方面当380V三相交流电直接输出到井下1000米至2000多米以下时，其中间损耗大大增加，稳定性也较差，导致井下的电机和抽油泵效率低，使用寿命短。二、现有的潜油系统地面控制器不具有与井下远距离数据通信模块，不支持井下2000多米远距离数据通信，无法将井下的温度、压力、电流、电压等各种参量上传到地面。因此，不可实现实时监控井下的状态。另外，传统的潜油电机主要是二极三相异步电动机，现有的采油系统在采油工艺配套中存在如下问题：一是与离心潜油泵配套时因电机转速低于同步转速、电机效率和功率因数偏低。二是与潜油螺杆泵配套上时，转速过高很难经过转速器将速度降低到与螺杆泵相适应的转速，即使采用减速器也大大的提高了采油成本和降低了系统的效率，若采用变频调速装置，使电机长期处于低频工作状态又容易引起电机的温升加快，引起电机故障。系统不能实现灵活控制，效率低。三是传统的潜油电泵系统即使采用变频控制，其电机控制柜往往置于地面其交流电在传输至电机时由于是远距离传输，能量损耗严重，进一步降低了系统的效率。随着新技术的发展，伺服技术的逐渐成熟，伺服潜油抽油系统成为潜油抽油系统的一种发展趋势。公开号为CN228745Y的文献提出了一种稀土永磁潜油电动机，但它总得来说只是在原有异步潜油电机的基础上通过在转子上嵌入永磁体来改善同步转速的问题，局限于电机本体，没有解决转速可调的问题，并且在低速场合的应用仍然很困难，效率也不是很高。公开号为CN2627715Y的文献也公开了一种稀土永磁同步潜油电机，不足之处依然是在其节能以及速度调上的缺乏。虽然结合变频控制器使用仍然存在节能率低的问题。由于潜油电机基本是在井下几百到几千米的井下，而现有的潜油电机通常使用交流电机，潜油电机使用的三相交流电源将从地面传输到井下几百到几千米的地方，因此，电能在传输上损耗非常大。而现有的控制系统无法解决该问题。纵观国内外数字油田的建设，不管从技术还是管理的层面上看，都还存在不少难题，尤其是业务流程革新、多元异构数据整合以及专业技术软件的开发将在相当长一段时间内困扰数字油田的发展。而油气工业的各种工作流程和不同领域活动所采用的技术与地下油藏、油井生产监控和地面控制系统的数据流整合在一起更是一个极大的挑战。油田控制中涉及众多因素或参数的控制，例如压力、温度、潜油电机的运行状态等。对这些因素或参数的监测与控制也是油田控制系统中重要的一环。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种潜油井下控制器及控制方法，使得在井下实时监控电机的运行状态，最大限度提高了电利用率和抽油效率。本专利技术所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：本专利技术提供一种潜油井下控制器，包括：机械单元、传感器单元、密封单元、散热单元和控制单元，所述机械单元包括：主壳体，在主壳体内部设有控制单元、传感器单元和散热单元，主壳体的前端通过联接套筒与密封单元相连，后端通过圆形堵盖与底部接头相连。具体地，所述控制单元通过钣金支架固定设置在所述主壳体内，所述钣金支架的前端通过过度联接块与所述联接套筒相连。具体地，所述钣金支架上设有散热单元，所述散热单元为散热铝支架。更好地，所述控制单元包括：电源板、传感器板、驱动板、主控板、电容板和放电板；所述电源板将所述电容板输出的母线电压，经过电压转换后为主控板供电，同时将母线电压信号传输给主控板；所述传感器板检测驱动板输出的三相电流并将检测信号传输给主控板；所述驱动板驱动控制器外部的潜油电机运行；所述电容板将地面输出的两相直流电转换为两相母线电压，分别输入到所述电源板、放电板和驱动板中，并且将检测到的母线电流信号传输给主控板；所述主控板根据母线电流检测信号、母线电压检测信号以及三相电流检测信号分别对母线电流监控、对母线电压进行控制保护以及控制输出给所述驱动板的脉宽调制信号；并且控制放电板放电；所述放电板根据所述主控板的控制信号释放电容板上存储的电。更好地，所述主控板包括：电源输入单元、传感器检测输入单元、主控单元、脉宽调制输出单元、外部接口单元和存储单元；电源输入单元为所述外部接口单元、主控单元及周围信号电路供电，所述周围信号电路包括解码芯片电路、光耦电路、滤波电路、运放电路等；传感器检测输入单元将采集的多种井下信号转换为模拟电压信号，并发送到主控单元中；主控单元接收所述传感器检测输入单元输出的模拟电压信号，并转换成数字量；主控单元通过脉宽调制输出单元输出三相脉宽调制信号到所述驱动板中；外部接口单元与所述主控板以外的外部硬件连接；存储单元存储所述主控单元的数据信息。更好地，所述外部接口单元包括：输入输出接口单元、功能控制接口单元和数据通信接口单元；其中输入输出接口单元包括输入信号预留接口和输出信号预留接口，用于所述潜油井下控制器的功能扩展；功能控制接口单元包括：放电控制接口、启停开关接口和保护信号接口；其中放电控制接口输出主控单元发出的放电控制信号，控制所述放电板释放电容板上的电量；启停开关接口接收地面的启停指令信号并输入到主控单元，从而控制潜油电机启动和停止，保护信号接口接收所述驱动板中绝缘栅双极型晶体管（IGBT）发出的保护信号并输入到主控单元；所述数据通信接口单元包括：SPI通信接口、CAN通信接口和串行数据通信接口；其中SPI通信接口采集位置传感器或编码器的角度信息；CAN通信接口与潜油系统的地面通信；串行数据通信接口与上位机或PC机通信，所述串行数据通信接口包括：RS485通信或RS232通信。具体地，所述驱动板包括：绝缘栅双极型晶体管（IGBT）单元，所述绝缘栅双极型晶体管单元根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种潜油井下控制器，其特征在于，包括：机械单元、传感器单元、密封单元、散热单元和控制单元，所述机械单元包括：主壳体，在主壳体内部设有控制单元、传感器单元和散热单元，主壳体的前端通过联接套筒与密封单元相连，后端通过圆形堵盖与底部接头相连。

【技术特征摘要】
1.一种潜油井下控制器，其特征在于，包括：机械单元、传感器
单元、密封单元、散热单元和控制单元，所述机械单元包括：主壳体，
在主壳体内部设有控制单元、传感器单元和散热单元，主壳体的前端
通过联接套筒与密封单元相连，后端通过圆形堵盖与底部接头相连。
2.如权利要求1所述的潜油井下控制器，其特征在于，所述控制
单元通过钣金支架固定设置在所述主壳体内，所述钣金支架的前端通
过过度联接块与所述联接套筒相连。
3.如权利要求2所述的潜油井下控制器，其特征在于，所述钣金
支架上设有散热单元，所述散热单元为散热铝支架。
4.如权利要求3所述的潜油井下控制器，其特征在于，所述控制
单元包括：电源板、传感器板、驱动板、主控板、电容板和放电板；
所述电源板将所述电容板输出的母线电压，经过电压转换后为主
控板供电，同时将母线电压信号传输给主控板；
所述传感器板检测驱动板输出的三相电流并将检测信号传输给主
控板；
所述驱动板驱动控制器外部的潜油电机运行；
所述电容板将地面输出的两相直流电转换为两相母线电压，分别
输入到所述电源板、放电板和驱动板中，并且将检测到的母线电流信
号传输给主控板；
所述主控板根据母线电流检测信号、母线电压检测信号以及三相
电流检测信号分别对母线电流监控、对母线电压进行控制保护以及控
制输出给所述驱动板的脉宽调制信号；并且控制放电板放电；
所述放电板根据所述主控板的控制信号释放电容板上存储的电。
5.如权利要求4所述的潜油井下控制器，其特征在于，所述主控
板包括：电源输入单元、传感器检测输入单元、主控单元、脉宽调制

\t输出单元、外部接口单元和存储单元；
电源输入单元为所述外部接口单元、主控单元及周围信号电路供
电，所述周围信号电路包括解码芯片电路、光耦电路、滤波电路、运
放电路；
传感器检测输入单元将采集的多种井下信号转换为模拟电压信
号，并发送到主控单元中；
主控单元接收所述传感器检测输入单元输出的模拟电压信号，并
转换成数字量；
主控单元通过脉宽调制输出单元输出三相脉宽调制信号到所述驱
动板中；
外部接口单元与所述主控板以外的外部硬件连接；
存储单元存储所述主控单元的数据信息。
6.如权利要求5所述的潜油井下控制器，其特征在于，所述外部
接口单元包括：输入输出接口单元、功能控制接口单元和数据通信接
口单元；其中
输入输出接口单元包括输入信号预留接口和输出信号预留接口，
用于所述潜油井下控制器的功能扩展；
功能控制接口单元包括：放电控制接口、启停开关接口和保护信
号接口；其中
放电控制接口输出主控单元发出的放电控制信号，控制所述放电
板释放电容板上的电量；
启停开关接口接收地面的启停指令信号并输入到主控单元，从而
控制潜油电机启动和停止，
保护信号接口接收所述驱动板中绝缘栅双极型晶体管发出的保护
信号并输入到主控单元；
所述数据通信接口单元包括：SPI通信接口、CAN通信接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，朱海军，蔡一，
申请(专利权)人：浙江中科德润科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33