用于控制深井油泵用直线电动机的方法和系统技术方案

一种深井直线电动机泵系统包括：具有定子和轴的井下直线电动机，所述轴被配置成相对于所述定子直线运动；具有进口、出口和活塞的井下泵，所述活塞耦合到所述深井直线电动机轴；与所述直线电动机连接的电动机驱动器系统，其被配置成向直线电动机提供驱动命令；与所述电动机驱动系统连接的表面控制计算机，其被配置成控制直线电动机；与控制计算机通信的传感器系统，其被配置成感测直线电动机的操作参数；以及传感器系统，其包括配置成感测电动机轴的位置的同步串行接口编码器和配置成感测电动机温度的温度传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及油气井领域，更具体而言，涉及井下直线电动机泵系统。
技术介绍
美国专利No.1655825涉及一种耦合到油井泵的直线电磁电动机。螺线管安装于外壳之内并被布置成致动(actuate)散布于非磁性构件之间的堆叠磁体的芯。该芯耦合到泵柱塞(pump plunger)，且上阀和两个下阀仅允许流体向上流动。美国专利No.5049046涉及一种具有直线电动机的井下电磁电动机-泵组件、带有往复移动的活塞的泵以及远程无线监测站。美国专利No.5831353涉及一种电动机-泵组件，其具有正位移泵和用于驱动该泵的电动机，以允许生产管路中的流体被提升到上方地平面(upper ground level)。提供了控制器以控制直线电动机并为电动机供应特定数量的直流脉冲。
技术实现思路
在所公开实施例的对应部件、部分或表面的以括号示出的参考符号仅仅为了例示的目的而不是限制的情况下，提供了一种操作具有直线电动机的井下泵的系统(110)，系统(110)包括泵系统(122)、电动机驱动系统(124)、控制和通信计算机系统(126)和配电系统(128)。控制计算机系统、电动机驱动系统和配电系统可以包含于环境保护箱(125)中。该系统可以包括GUI计算机(130)、数据服务器(134)和远程管理计算机(138)。该泵系统可以包括直线电动机(222)、泵(228)和电动机传感器包(224)。电动机传感器包可以包括SSI编码器位置传感器、电动机温度传感器、倾斜度计(inclinometer)和故障传感器。泵可以包括进口(227)，进口可以具有温度传感器(225)和压力传感器(226)。泵还可以具有出口(231)，出口可以具有压力传感器(229)。电动机可以从三相电动机电源线(234)接收电力。电动机传感器包可以通过三个双绞线(twisted pair)连接(237)连接到控制计算机。进口和出口压力传感器和温度传感器可以通过使用换能器的线路(239)连接到控制计算机。电动机驱动系统(124)可以包括电动机驱动单元(318)和SINE滤波器(321)。可以配置并布置电动机驱动单元以从泵系统接收并发送换能器双绞线。电动机驱动单元可以支持现场总线接口(326)。现场总线接口可以包括DeviceNet、RS 485、F-NET、Modbus、FireWire、CANopen、以太网IP、ProfiNet、SERCOS、12位模拟I/O、16位模拟I/O和/或其他类似的总线硬件和协议。控制和通信计算机系统可以包括路由器(419)、交换机(421)、wifi接入端口(141)、GSM调制解调器(145)、卫星通信调制解调器或端口(143)和单板计算机(410)。控制计算机可以包括用于链接其每个部件的以太网(423)。单板计算机可以包括PC-104单板计算机或其他嵌入式计算机。单板计算机可以具有I/O(425)、GPS(427)、CPU(429)、存储器(431)和电源(433)。控制计算机系统可以包括用于通信的RS-485换能器接口(435)。控制和通信计算机可以具有控制算法，用于控制电动机驱动系统和/或泵系统。控制算法可以根据传感数据来控制电动机驱动系统和/或泵。传感数据可以是来自泵系统、电动机驱动系统、配电系统和/或数据服务器的数据。控制算法可以能够识别几种示功图操作情况(operating regime)和/或可以被配置成根据识别示功图操作情况来调节电动机驱动的控制。示功图操作情况可以包括弯曲或粘性筒、磨损或粘性筒、严重气体压缩、气体压缩、气封泵、严重游动阀泄露或柱塞泄露、严重固定阀泄露、泄露游动阀或柱塞、严重固定阀泄露或泄露固定阀和游动阀与气体压缩的组合。示功图操作情况还可以包括管道运动、流体撞击、泵冲击、上升冲程泵磨损、磨损的固定阀、磨损或分裂的筒、流体摩擦和/或制动摩擦。配电系统可以包括三相交流电输入，且可以提供交流电输出和直流电输出。配电系统可以包括一个或多个断路器(521，523)、浪涌抑制单元(522)、变压器(524)、MOV抑制单元(525)和保险丝终端分配块(526)。配电系统还可以包括冷却恒温器(537)、冷却风扇或空气调节器(539)、热恒温器(541)、加热器中继(528)和/或加热器(529)。配电单元还可以包括辅助电源插口(auxiliary power outlet)(530)。配电单元可以被配置和布置成自动将环境保护箱保持在预定温度范围之内的温度处。GUI计算机可以包含软件应用(131)，该软件应用(131)用于允许用户(101)查看传感器数据，并查看和设置控制计算机的操作参数和算法。数据服务器可以包含网络应用(136)，该网络应用(136)允许用户(102)与远程管理计算机(138)链接，并允许用户(102)查看传感器数据，并查看和设置控制计算机的操作参数。数据服务器可以包含数据库，该数据库用于存储来自控制计算机的传感器数据。可以周期性地从控制计算机向数据服务器传输传感数据。数据服务器还可以被配置成周期性地向控制计算机发送二次(secondary)操作参数。二次操作参数可以包括油价和电价。数据服务器可以被配置和布置成操作若干泵系统。附图说明图1是第一实施例系统的系统框图。图2是图1所示泵系统的框图。图3是图1所示电动机驱动系统的框图。图4是图1所示控制和通信计算机的框图。图5是图1所示配电系统的框图。图6是图1所示系统的容纳箱(containment box)的模型示意图。图7是示功图泵操作情况的曲线图。图8是示功图泵操作情况的第二曲线图。具体实施方式一开始，应当清楚地理解，相似的附图标记在所有几幅图中意在一贯地标识相同的结构元件、部分或表面，因为这样的元件、部分或表面可以由整个书面说明书进一步描述或解释，本详细描述是该书面说明书的整体部分。除非另行指出，附图意在与说明书一起阅读(例如，阴影线、部件的布置、比例、角度等)，并被视为是本专利技术整个书面描述的一部分。如在以下描述中所使用的那样，词语“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上”、“下”以及其形容词和副词派生词(例如，“水平地”、“向右地”、“向上地”等)，仅仅指当特定附图面向读者时图示结构的取向。类似地，视情况而定，词语“向内地”和“向外地”一般是指表面相对于其延长轴或旋转轴的取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下直线电动机泵系统，包括：具有定子和轴的井下直线电动机，所述轴被配置成相对于所述定子直线运动；具有进口、出口和活塞的井下泵，所述活塞被耦合到所述井下直线电动机轴；与所述井下直线电动机连接的电动机驱动器系统，所述电动机驱动器系统被配置成向所述井下直线电动机提供驱动命令；与所述电动机驱动系统连接的表面控制计算机，所述表面控制计算机被配置成控制所述井下直线电动机；与所述控制计算机通信的传感器系统，所述传感器系统被配置成感测所述井下直线电动机的操作参数；以及所述传感器系统包括被配置成感测所述电动机轴的位置的井下同步串行接口编码器和被配置成感测所述电动机的温度的井下温度传感器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.26 US 61/729,8151.一种井下直线电动机泵系统，包括：
具有定子和轴的井下直线电动机，所述轴被配置成相对于所述定
子直线运动；
具有进口、出口和活塞的井下泵，所述活塞被耦合到所述井下直
线电动机轴；
与所述井下直线电动机连接的电动机驱动器系统，所述电动机驱
动器系统被配置成向所述井下直线电动机提供驱动命令；
与所述电动机驱动系统连接的表面控制计算机，所述表面控制计
算机被配置成控制所述井下直线电动机；
与所述控制计算机通信的传感器系统，所述传感器系统被配置成
感测所述井下直线电动机的操作参数；以及
所述传感器系统包括被配置成感测所述电动机轴的位置的井下
同步串行接口编码器和被配置成感测所述电动机的温度的井下温度传
感器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器系统还包括
泵进口压力传感器和泵进口温度传感器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器系统还包括
被配置成感测电动机驱动器输出电流的电流传感器，且所述控制计算
机被编程以根据所述电动机驱动器输出电流来确定电动机输出力。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制计算机被编程
以根据来自所述传感器系统的一个或多个所述操作参数来提供输出命
令。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述输出命令是基于电动

\t机轴位置和电动机输出力的。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器系统还包括被
配置并布置成感测所述电动机轴的倾斜度的井下倾斜度计。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括表面配电系统，所述表面
配电系统被配置并布置成向所述控制计算机和所述井下直线电动机供
电，且其中所述配电系统和所述表面控制计算机容纳于防环境影响的
保护箱中。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述传感器系统提供配
电系统输入电压和配电系统输入电流。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制计算机被编程
为根据所述配电系统输入电压和配电系统输入电流来确定泵效率。
10.一种井下直线电动机泵系统，包括：
具有定子和轴的井下直线电动机，所述轴被配置成相对于所述定
子直线运动；
具有进口、出口和活塞的井下泵，所述活塞被耦合到所述深井直
线电动机轴；
与所述井下直线电动机连接的电动机驱动器系统，所述电动机驱
动器系统被配置成向所述井下直线电动机提供驱动命令；
与所述电动机驱动系统连接的表面控制计算机，所述表面控制计
算机被配置成控制所述井下直线电动机；
与所述控制计算机通信的传感器系统，所述传感器系统被配置成
感测所述井下直线电动机的操作参数；
所述传感器系统包括被配置成感测所述电动机轴的位置的井下
位置传感器、井下泵进口压力传感器和被配置成感测电动机驱动器输

\t出电流的电流传感器；以及
所述控制计算机被编程成根据所述电动机驱动器输出电流来确
定电动机输出力。
11.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·P·卡尔达莫内，C·德尔蒙依安，E·F·考哈内，B·W·金纳曼，
申请(专利权)人：莫戈公司，
类型：发明
国别省市：美国;US