RU2534636C1 - Well bottom-hole pump drive - Google Patents
Well bottom-hole pump drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2534636C1 RU2534636C1 RU2013136616/06A RU2013136616A RU2534636C1 RU 2534636 C1 RU2534636 C1 RU 2534636C1 RU 2013136616/06 A RU2013136616/06 A RU 2013136616/06A RU 2013136616 A RU2013136616 A RU 2013136616A RU 2534636 C1 RU2534636 C1 RU 2534636C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drive
- frequency converter
- drum
- rope
- electric motor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в оборудовании для добычи нефти для создания возвратно-поступательного движения штангового скважинного насоса.The invention relates to the oil industry and can be used in equipment for oil production to create a reciprocating motion of a sucker rod pump.
Известен привод штангового глубинного насоса, который содержит асинхронный электродвигатель, соединенную со штоком насоса систему преобразования вращения вала электродвигателя в возвратно-поступательное движение штока насоса, аккумулятор для утилизации энергии при движении штока насоса вниз (РФ, патент №2160852, F04B 45/02, 20.12.2000). Система преобразования вращения вала электродвигателя в возвратно-поступательное движение выполнена в виде цепной передачи. Аккумулятор энергии выполнен в виде маховика, соединенного с выходным валом электродвигателя.A well-known drive of a sucker rod pump, which contains an asynchronous electric motor, connected to the pump rod, a system for converting the rotation of the motor shaft to the reciprocating movement of the pump rod, a battery for energy recovery when the pump rod moves down (RF Patent No. 2160852, F04B 45/02, 20.12 .2000). The system for converting the rotation of the motor shaft into reciprocating motion is made in the form of a chain transmission. The energy accumulator is made in the form of a flywheel connected to the output shaft of an electric motor.
Возможность использования энергии маховика, расположенного на быстроходном валу привода, снижает массу и размеры устройства. Однако сложность выполнения механических устройств реверса, наличие многочисленных трущихся узлов в системе преобразования вращения вала электродвигателя в возвратно-поступательное движение, существенно снижают надежность устройства.The ability to use the energy of a flywheel located on the high-speed drive shaft reduces the weight and size of the device. However, the complexity of performing mechanical reverse devices, the presence of numerous rubbing units in the system for converting the rotation of the motor shaft into reciprocating motion, significantly reduce the reliability of the device.
Эти же недостатки характерны и для аналогичного по устройству привода длинноходового глубинного насоса (патент РФ №1321915, F04B 45/02, 07.07.1987).The same drawbacks are also characteristic of a long-stroke deep pump similar in design to the drive (RF patent No. 1321915, F04B 45/02, 07/07/1987).
Более совершенная система реверса применена в приводе скважинного насоса (патент РФ №2214534, F04B 45/02, 20.10.2003), в котором применены два асинхронных электродвигателя, связанных между собой электрически последовательным соединением статорных обмоток, а барабан имеет канавки с разным направлением навивки и канаты наматываются на канатный барабан с разных сторон относительно оси симметрии барабана. При закорачивании обмоток одного электродвигателя начинает работать другой двигатель, причем двигатели попеременно вращают барабан в разных направлениях (обеспечивают реверс барабана).A more advanced reverse system is used in the drive of a borehole pump (RF patent No. 2214534, F04B 45/02, 20.10.2003), in which two asynchronous electric motors are used, connected by an electrically series connection of stator windings, and the drum has grooves with different directions of winding and ropes are wound on a rope drum from different sides relative to the axis of symmetry of the drum. When shorting the windings of one electric motor, another motor starts to work, and the motors alternately rotate the drum in different directions (provide reverse drum).
В данном приводе решается задача снижения металлоемкости при сохранении надежности на уровне балансирного станка-качалки. Недостатком данного привода является то, что не используется энергия, запасенная при подъеме груза, что существенно снижает энергоэффективность привода.This drive solves the problem of reducing metal consumption while maintaining reliability at the level of a rocking rocking machine. The disadvantage of this drive is that it does not use the energy stored during lifting, which significantly reduces the energy efficiency of the drive.
Наиболее близким к предлагаемому является привод скважинной насосной установки по патенту США №4601640 "Oil well pump", класс МПК F04B 49/00, опубл. 22 июля 1986 г. Установка предназначена для добычи нефти штанговым насосом и содержит привод, установленный на раме. Привод состоит из электродвигателя, редуктора и барабана, на котором закреплены первые концы двух канатов, направленных в разные стороны. При этом второй конец первого каната соединен с колонной штанг скважинного насоса, а второй конец второго каната соединен с противовесом, который уравновешивает силу веса колонны штанг.Closest to the proposed is the well pumping unit drive according to US patent No. 4601640 "Oil well pump", IPC class F04B 49/00, publ. July 22, 1986. The installation is designed for oil production by a rod pump and contains a drive mounted on the frame. The drive consists of an electric motor, gearbox and drum, on which the first ends of two ropes are fixed, directed in different directions. The second end of the first rope is connected to the rod string of the well pump, and the second end of the second rope is connected to the counterweight, which balances the weight of the rod string.
Устройство реверса барабана, которое обеспечивает возвратно-поступательное движение штанг скважинного насоса, выполнено механическим. При спуске колонны штанг противовес поднимается, запасая, тем самым, потенциальную энергию при движении штока насоса вниз. Накопленная энергия используется при подъеме колонны штанг, снижая энергопотребление электродвигателя.The drum reverse device, which provides reciprocating movement of the rods of the downhole pump, is made mechanical. When the rod string is lowered, the counterweight rises, thereby storing potential energy as the pump rod moves down. The accumulated energy is used when lifting the rod string, reducing the energy consumption of the electric motor.
Учитывая, что в год механизм реверса совершает до 3 миллионов циклов переключений, выполнение устройства реверса барабана механическим снижает как его надежность, так и надежность привода в целом. Это является основным недостатком привода. Кроме того, наличие противовеса, который уравновешивает силу веса колонны штанг, имеющего большую массу (от 2 до 3 тонн), повышает металлоемкость известного привода.Given that the reverse mechanism performs up to 3 million switching cycles per year, the implementation of a mechanical drum reverse device reduces both its reliability and the reliability of the drive as a whole. This is the main disadvantage of the drive. In addition, the presence of a counterweight that balances the weight of the rod string having a large mass (from 2 to 3 tons) increases the metal consumption of the known drive.
Таким образом, выявленные в результате патентного поиска аналоги заявленного привода штангового скважинного насоса при осуществлении не обеспечивают достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и повышении эффективности использования электрической энергии при одновременном снижении металлоемкости и массы привода.Thus, the analogues revealed by the patent search of the claimed drive of the sucker rod pump during implementation do not provide the achievement of a technical result consisting in increasing the reliability and increasing the efficiency of the use of electric energy while reducing the metal consumption and mass of the drive.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания привода штангового скважинного насоса, осуществление которого обеспечивает достижение технического результата, в повышении надежности и повышении эффективности использования электрической энергии при одновременном снижении металлоемкости и массы привода.The present invention solves the problem of creating a sucker rod pump drive, the implementation of which ensures the achievement of a technical result, in improving the reliability and increasing the efficiency of the use of electric energy while reducing the metal consumption and mass of the drive.
Сущность заявленного изобретения состоит в том, что в приводе штангового скважинного насоса, содержащем раму с размещенными на ней и соединенными между собой муфтами асинхронным электродвигателем, редуктором и барабаном для намотки каната, который одним концом закреплен на барабане, а вторым концом соединен с штоком скважинного насоса, новым является то, что дополнительно введены программируемое многоканальное электронное устройство управления, частотный преобразователь, электромагнитный тормоз, взаимодействующий с асинхронным электродвигателем, накопитель электрической энергии, датчик движения барабана и датчик тока и напряжения, при этом программируемое многоканальное электронное устройство управления подключено к электромагнитному тормозу и к входу управления частотного преобразователя, который снабжен средством для подключения к внешнему потребителю электрической энергии, и подключен через датчик тока и напряжения к обмоткам электродвигателя, кроме того, устройство управления подключено к датчику тока и напряжения и датчику движения барабана. Кроме того: барабан выполнен многоручьевым с соответствующим количеством канатов от 2 до 8; канат выполнен стальным, плоским, с соотношением толщины и ширины в пределах от 1:4 до 1:10; частотный преобразователь выполнен одноконтурным; частотный преобразователь выполнен двухконтурным с возможностью рекуперации электроэнергии в питающую сеть; внешним потребителем электрической энергии является устройство для накопления электрической энергии; внешним потребителем электрической энергии является выпрямитель частотного преобразователя аналогично выполненного привода.The essence of the claimed invention lies in the fact that in the drive of a sucker rod pump containing a frame with an asynchronous electric motor, gearbox and drum for winding a rope placed on it and connected to one another, which is attached to the drum at one end and connected to the rod of the well pump at the other end , new is that in addition introduced a programmable multi-channel electronic control device, a frequency converter, an electromagnetic brake interacting with an asynchronous electronic a motor, an electric energy storage device, a drum motion sensor and a current and voltage sensor, while the programmable multi-channel electronic control device is connected to an electromagnetic brake and to a control input of a frequency converter, which is equipped with means for connecting to an external consumer of electric energy, and is connected through a current sensor and voltage to the motor windings, in addition, the control device is connected to a current and voltage sensor and a drum motion sensor. In addition: the drum is multi-strand with the corresponding number of ropes from 2 to 8; the rope is made of steel, flat, with a ratio of thickness and width ranging from 1: 4 to 1:10; the frequency converter is single-loop; the frequency converter is double-circuit with the possibility of energy recovery in the supply network; an external consumer of electrical energy is a device for storing electrical energy; An external consumer of electric energy is a rectifier of a frequency converter of a similarly made drive.
Существенные признаки формулы изобретения: «Привод штангового скважинного насоса, содержащий раму с размещенными на ней и соединенными между собой муфтами асинхронным электродвигателем, редуктором и барабаном для намотки каната, который одним концом закреплен на барабане, а вторым концом соединен с штоком скважинного насоса, …» являются неотъемлемой частью заявленного привода и обеспечивают его работоспособность, а следовательно, обеспечивают достижение заявленного технического результата.The essential features of the claims: “A sucker-rod pump drive containing a frame with an asynchronous electric motor, gearbox and drum for winding a rope placed on it and connected to one another, which is attached to the drum with one end and connected to the well pump rod with the other end ...” are an integral part of the claimed drive and ensure its performance, and therefore, ensure the achievement of the claimed technical result.
Технический результат достигается следующим образом.The technical result is achieved as follows.
В заявленном приводе применена электронная система управления приводом, которая содержит дополнительно введенные многоканальное программируемое электронное устройство управления (далее - устройство управления), частотный преобразователь, электромагнитный тормоз, взаимодействующий с асинхронным электродвигателем. Частотный преобразователь может быть выполнен одноконтурным или двухконтурным с возможностью рекуперации электроэнергии в питающую сеть.The claimed drive uses an electronic drive control system, which additionally contains a multi-channel programmable electronic control device (hereinafter referred to as the control device), a frequency converter, an electromagnetic brake interacting with an asynchronous electric motor. The frequency converter can be single-circuit or double-circuit with the possibility of energy recovery in the supply network.
При этом устройство управления посредством частотного преобразователя изменяет режим работы электродвигателя: обеспечивает плавный реверс, скорость вращения вала, а также управляет процессом рекуперации электроэнергии, накопленной при подъеме штока скважинного насоса. Таким образом, в заявленном приводе реверс электродвигателя, а следовательно, реверс барабана, осуществляется не механическим способом, а электронным устройством управления. Это позволяет исключить характерные для механического реверса многочисленные трущиеся узлы в системе преобразования вращения вала электродвигателя в возвратно-поступательное движение штока насоса, что существенно повышает надежность заявленного привода.At the same time, the control device by means of a frequency converter changes the operating mode of the electric motor: provides smooth reverse, shaft rotation speed, and also controls the process of recovering the electricity accumulated during the lifting of the well pump rod. Thus, in the inventive drive, the reverse of the electric motor, and therefore the reverse of the drum, is carried out not by a mechanical method, but by an electronic control device. This eliminates the characteristic of mechanical reverse numerous friction units in the system for converting the rotation of the motor shaft into the reciprocating motion of the pump rod, which significantly increases the reliability of the claimed drive.
Наличие электронной системы управления приводом позволяет применить для уравновешивания привода электродинамическое уравновешивание колонны штанг, которое заключается в создании уравновешивающего момента сил на асинхронном электродвигателе и соединенных с ним редукторе и барабане, на котором закреплен канат с подвешенной на нем колонной штанг скважинного насоса. При этом уравновешивающий момент сил формируется устройством управления, которое, управляя электромагнитным тормозом, обеспечивает останов и пуск электродвигателя. Как показала практика, предложенная электронная система уравновешивания при необходимости позволяет кратковременно удерживать колонну штанг даже в верхнем положении. При этом исключается используемый в прототипе для этой цели контргруз, имеющий большую массу (от 2 до 3 тонн), что существенно снижает массу привода, одновременно повышая его надежность.The presence of an electronic drive control system makes it possible to use the electrodynamic balancing of the rod string to balance the drive, which consists in creating a balancing moment of forces on the induction motor and the gearbox and drum connected to it, on which a rope with a rod string of the borehole pump suspended on it is fixed. In this case, the balancing moment of forces is formed by the control device, which, controlling the electromagnetic brake, ensures the stop and start of the electric motor. As practice has shown, the proposed electronic balancing system, if necessary, allows you to briefly hold the rod string even in the upper position. This eliminates the counterweight used in the prototype for this purpose, which has a large mass (from 2 to 3 tons), which significantly reduces the mass of the drive, while increasing its reliability.
В заявленном приводе асинхронный электродвигатель, редуктор и барабан для намотки каната соединены между собой муфтами. При этом один конец каната закреплен на барабане, а второй конец соединен с штоком скважинного насоса. В результате при движении штанг вниз часть потенциальной энергии поднятой колонны штанг и кинетической энергии движущихся штанг превращается в электрическую за счет перехода асинхронного электродвигателя в генераторный режим. Таким образом, при спуске колонны штанг в заявленном приводе осуществляется аккумуляция электрической энергии.In the claimed drive, the asynchronous electric motor, gearbox and drum for winding the rope are connected by couplings. In this case, one end of the rope is fixed to the drum, and the second end is connected to the rod of the borehole pump. As a result, when the rods move downward, part of the potential energy of the raised column of rods and the kinetic energy of the moving rods turns into electric due to the transition of the induction motor to the generator mode. Thus, during the descent of the rod string in the claimed drive is the accumulation of electrical energy.
Благодаря тому, что частотный преобразователь снабжен средством для подключения к внешнему потребителю электрической энергии, ток, генерируемый при переходе асинхронного электродвигателя в генераторный режим, может быть использован в нескольких вариантах, обеспечивающих возможность повышения эффективности использования электрической энергии.Due to the fact that the frequency converter is equipped with a means for connecting electric energy to an external consumer, the current generated when the asynchronous electric motor enters the generator mode can be used in several versions, which make it possible to increase the efficiency of electric energy use.
При выполнении частотного преобразователя одноконтурным генерируемый при спуске колонны штанг ток выпрямляется частотным преобразователем и накапливается в накопителе электрической энергии, например, в конденсаторе емкостью не менее 0,2 Ф. Затем при подъеме груза накопленная энергия преобразуется частотным преобразователем в переменный ток и используется электродвигателем.When the frequency converter is single-loop, the current generated during the descent of the rod string is rectified by the frequency converter and accumulated in the electric energy storage device, for example, in a capacitor with a capacity of at least 0.2 F. Then, when lifting the load, the stored energy is converted by the frequency converter into alternating current and used by an electric motor.
При выполнении частотного преобразователя двухконтурным с возможностью рекуперации электроэнергии в питающую сеть, частотный преобразователь преобразует накопленную электрическую энергию в переменный ток более высокого напряжения, которую передает в питающую сеть для использования другими потребителями.When the frequency converter is double-circuit with the possibility of recovering electricity to the supply network, the frequency converter converts the stored electrical energy into alternating current of a higher voltage, which it transfers to the supply network for use by other consumers.
Кроме того, поскольку частотный преобразователь снабжен средством для подключения к выпрямителям частотных преобразователей аналогично выполненных приводов, то это позволяет постоянный ток, генерируемый одним приводом, преобразовывать частотным преобразователем другого, аналогично выполненного, привода в переменный ток и использовать для работы электродвигателя другого аналогичного привода, работающего одновременно с данным. В результате повышается эффективность использования электрической энергии при одновременной работе нескольких приводов, выполненных аналогично заявленному.In addition, since the frequency converter is equipped with means for connecting similarly made drives to the frequency converter rectifiers, this allows the direct current generated by one drive to be converted by the frequency converter of another, similarly made drive into alternating current and to use another similar drive working for the electric motor simultaneously with the data. The result is increased efficiency in the use of electrical energy with the simultaneous operation of several drives made in the same way as stated.
Дополнительное снижение массы и металлоемкости заявленного привода обеспечиваются также и за счет возможности уменьшения размера диаметра барабана для намотки каната. Для этого барабан может быть выполнен многоручьевым с соответствующим количеством канатов от 2 до 8, или канат может быть выполнен стальным, плоским, с соотношением толщины и ширины в пределах от 1:4 до 1:10.An additional reduction in the mass and metal consumption of the claimed drive is also provided due to the possibility of reducing the size of the diameter of the drum for winding the rope. For this, the drum can be multi-strand with an appropriate number of ropes from 2 to 8, or the rope can be made of steel, flat, with a ratio of thickness and width ranging from 1: 4 to 1:10.
В свою очередь, снижение диаметра барабана ведет к снижению требуемого крутящего момента при заданной нагрузке на канате. Это позволяет уменьшить (примерно на 50%) номинальную мощность электродвигателя, что снижает энергопотребление привода и повышает эффективность использования электроэнергии. При этом одновременно уменьшаются типоразмер редуктора и электродвигателя, что дополнительно снижает как металлоемкость электропривода, так и его массу, не снижая надежности.In turn, reducing the diameter of the drum leads to a decrease in the required torque at a given load on the rope. This allows you to reduce (by about 50%) the rated power of the electric motor, which reduces the power consumption of the drive and increases the efficiency of energy use. At the same time, the size of the gearbox and electric motor is simultaneously reduced, which further reduces both the metal consumption of the electric drive and its mass, without compromising reliability.
Из вышеизложенного следует, что предлагаемый привод штангового скважинного насоса по сравнению с прототипом имеет более высокую надежность и эффективность использования электрической энергии с одновременным снижением металлоемкости и массы, благодаря использованию в системе уравновешивания привода и реверса, вместо механических узлов, электронной системы уравновешивания и электронной системы управления реверсом барабана.From the foregoing, it follows that the proposed drive sucker rod pump in comparison with the prototype has a higher reliability and efficiency of use of electric energy while reducing metal consumption and mass due to the use in the balancing system of the drive and reverse, instead of mechanical components, an electronic balancing system and an electronic control system reverse of the drum.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что предлагаемый привод штангового скважинного насоса при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и повышении эффективности использования электрической энергии при одновременном снижении металлоемкости и массы привода.Thus, from the foregoing, it follows that the proposed drive sucker rod pump during implementation ensures the achievement of a technical result, which consists in increasing the reliability and increasing the efficiency of use of electric energy while reducing the metal consumption and mass of the drive.
На фиг.1 изображена структурная схема заявленного привода штангового скважинного насоса.Figure 1 shows a structural diagram of the claimed drive sucker rod pump.
Заявленный привод штангового скважинного насоса содержит асинхронный электродвигатель 1, муфту упругую 2, редуктор двустороннего действия 3 (зубчатая передача), компенсирующую зубчатую муфту 4, барабан для намотки каната 5, канат стальной грузоподъемный плоский 6, траверсу 7, соединяющую канат 6 и приводимый в возвратно-поступательное движение шток 8 скважинного штангового насоса, электромагнитный тормоз 9, датчик 10 (электронно-цифровое устройство) для измерения тока и напряжения на обмотках электродвигателя 1, датчик 11 движения барабана 5, частотный преобразователь 12, электронное устройство управления 13, накопитель электрической энергии 14, например конденсатор, средство для подключения частотного преобразователя к внешнему потребителю электрической энергии, например выводы электрических проводов 15 с клеммами для подключения. Рама для размещения узлов привода не показана.The claimed drive of a sucker rod pump contains an asynchronous electric motor 1, an elastic coupling 2, a double-acting reducer 3 (gear transmission), a compensating gear coupling 4, a drum for winding a rope 5, a steel hoisting rope 6, a beam 7 connecting the rope 6 and driven back - progressive movement of the rod 8 of the downhole sucker rod pump, electromagnetic brake 9, sensor 10 (electronic-digital device) for measuring current and voltage on the windings of the electric motor 1, drum movement sensor 11, 5 h -frequency converter 12, the electronic control unit 13, the electric energy storage 14, for example a capacitor, means for connecting the inverter to the external electric power consumer such as electric wires terminals 15 with terminals for connection. A frame for accommodating drive assemblies is not shown.
Асинхронный электродвигатель 1, редуктор 3 и барабан 5 для намотки каната 6 соединены между собой муфтами 2 и 4. Канат 6 одним концом закреплен на барабане 5, а вторым концом соединен с штоком 8 скважинного насоса. Электромагнитный тормоз 9 взаимодействует с асинхронным электродвигателем 1.The asynchronous electric motor 1, gearbox 3 and drum 5 for winding the rope 6 are interconnected by clutches 2 and 4. The rope 6 is attached at one end to the drum 5, and the second end is connected to the rod 8 of the downhole pump. An electromagnetic brake 9 interacts with an induction motor 1.
Программируемое многоканальное электронное устройство управления 13 подключено к электромагнитному тормозу 9 и к входу управления частотного преобразователя 12, который посредством выводов электрических проводов 15 с клеммами для подключения к внешнему потребителю электрической энергии подключен к накопителю электрической энергии 14 (конденсатор) и через датчик 10 тока и напряжения - к обмоткам электродвигателя 1. Кроме того, устройство управления подключено 13 к датчику 10 тока и напряжения и к датчику 11 движения барабана 5.A programmable multi-channel electronic control device 13 is connected to an electromagnetic brake 9 and to the control input of a frequency converter 12, which is connected to an electric energy storage device 14 (capacitor) and through a current and voltage sensor 10 through the terminals of electric wires 15 with terminals for connecting to an external consumer of electric energy - to the motor windings 1. In addition, the control device is connected 13 to the current and voltage sensor 10 and to the drum movement sensor 11.
Многоканальное программируемое электронное устройство управления 13 представляет собой, например, многоканальный программируемый контроллер. Устройство управления 13 снимает показания датчиков 10, 11, контролирует режим работы привода и управляет работой привода и тормоза посредством частотного преобразователя 12 по заданной программе.The multi-channel programmable electronic control device 13 is, for example, a multi-channel programmable controller. The control device 13 takes the readings of the sensors 10, 11, monitors the operating mode of the drive and controls the operation of the drive and the brake by means of a frequency converter 12 according to a predetermined program.
Программируемое многоканальное электронное устройство управления 13 может быть выполнено на основе серийного промышленного контроллера IFM.Programmable multi-channel electronic control device 13 can be made on the basis of a serial industrial controller IFM.
Частотный преобразователь 12 может быть выполнен одноконтурным или двухконтурным с возможностью рекуперации электроэнергии в питающую сеть.The frequency converter 12 can be made single-circuit or dual-circuit with the possibility of recovery of electricity in the supply network.
Поскольку частотный преобразователь снабжен средством 15 для подключения к внешнему потребителю электрической энергии, то это позволяет использовать дополнительную электрическую энергию, полученную при переходе электродвигателя в генераторный режим, для внешних потребителей. В заявленном приводе внешним потребителем электрической энергии являются устройство для накопления электрической энергии или выпрямитель частотного преобразователя аналогично выполненного привода.Since the frequency converter is equipped with means 15 for connecting electric energy to an external consumer, this allows the use of additional electric energy obtained when the electric motor enters the generator mode for external consumers. In the claimed drive, an external consumer of electrical energy is a device for storing electrical energy or a rectifier of a frequency converter of a similarly made drive.
Принцип действия специального высокоэффективного двухконтурного частотного преобразователя, используемого для возврата электроэнергии в сеть и для накопления в контуре постоянного тока, аналогичен описанному в патенте США №5449993 "Regenerative AC to DC converter" класс МПК H02P 3/14, 6/00 опубликовано 12.09.1995 г. Известный частотный преобразователь состоит из выпрямителя с шиной постоянного тока и контура преобразования частоты и напряжения. Для возможности рекуперации электроэнергии используется дополнительный контур преобразования, повышающий напряжение, генерируемое электромашиной, выше напряжения питающей сети. К шине постоянного тока могут подключаться различные внешние устройства, например, для заявленного привода: выводы 15 с клеммами для подключения к выпрямителям частотных преобразователей аналогичных приводов или к накопительному конденсатору 14.The principle of operation of a special high-performance dual-circuit frequency converter used to return electricity to the network and to accumulate in the DC circuit is similar to that described in US patent No. 5449993 "Regenerative AC to DC converter" IPC class H02P 3/14, 6/00 published September 12, 1995 Famous frequency converter consists of a rectifier with a DC bus and a circuit for converting frequency and voltage. For the possibility of energy recovery, an additional conversion circuit is used, which increases the voltage generated by the electric machine above the voltage of the mains. Various external devices can be connected to the DC bus, for example, for the claimed drive: terminals 15 with terminals for connection to rectifiers of frequency converters of similar drives or to a storage capacitor 14.
Для реализации заявленного привода могут быть использованы частотный преобразователь с функцией рекуперации фирмы "Mitsubishi" или частотный преобразователь VACON с блоком конденсаторов фирмы FACON емкостью 0,2 Ф.To implement the claimed drive, a frequency converter with a recovery function of the Mitsubishi company or a VACON frequency converter with a 0.2 F FACON capacitor block can be used.
В электрической части привода может быть использован асинхронный электродвигатель мощностью 30 кВт, 380 В типа РДМ180LB4 с встроенным электромагнитным тормозом.In the electrical part of the drive, an asynchronous electric motor with a power of 30 kW, 380 V of the type RDM180LB4 with an integrated electromagnetic brake can be used.
Датчик 11 движения барабана 5 может быть выполнен индуктивным и состоять из фиксатора оборотов, выполненного в виде металлической пластины, закрепленной на наружной поверхности щеки барабана напротив катушки индуктивности, закрепленной неподвижно на кронштейне, например, на раме. Выводы катушки индуктивности соединены с устройством управления 13.The sensor 11 of the movement of the drum 5 can be made inductive and consist of a speed lock, made in the form of a metal plate mounted on the outer surface of the cheek of the drum opposite the inductance coil, fixed stationary on the bracket, for example, on the frame. The findings of the inductor are connected to the control device 13.
Барабан 5 может быть выполнен многоручьевым с соответствующим количеством канатов от 2 до 8, диаметр каждого из которых в 2-3 раза меньше, чем при применении одного каната. Например, 8 канатов диаметром 9 мм вместо одного каната диаметром 25 мм. За счет малого диаметра каната 6 становится возможным снижение диаметра барабана 5, на который наматывается канат 6. Диаметр барабана 5 по стандарту должен быть не менее 19 диаметров каната 6 для обеспечения его долговечности.The drum 5 can be made multi-strand with an appropriate number of ropes from 2 to 8, the diameter of each of which is 2-3 times smaller than when using one rope. For example, 8 ropes with a diameter of 9 mm instead of one rope with a diameter of 25 mm. Due to the small diameter of the rope 6, it becomes possible to reduce the diameter of the drum 5 onto which the rope 6 is wound. The diameter of the drum 5 according to the standard must be at least 19 diameters of the rope 6 to ensure its durability.
Канат может быть выполнен стальным, плоским, с соотношением толщины и ширины в пределах от 1:4 до 1:10. Этому условию, например, соответствуют текстильные тяговые органы (текстропы), однако их применение в непрерывном режиме работы невозможно в большинстве нефтедобывающих районов России из-за низких температур.The rope can be made steel, flat, with a ratio of thickness and width ranging from 1: 4 to 1:10. For example, textile traction organs (textrops) correspond to this condition, but their use in continuous operation is impossible in most oil producing regions of Russia due to low temperatures.
Заявленный привод штангового скважинного насоса работает следующим образом.The claimed drive sucker rod pump operates as follows.
Исходно при включении привода шток 8 насоса находится в верхней точке и удерживается электромагнитным тормозом 9, который формирует электромагнитное поле, препятствующее вращению вала электродвигателя. В результате колонна штанг кратковременно удерживается в верхнем положении системой электрического уравновешивания (электронное устройство управления 13, электромагнитный тормоз и частотный преобразователь 12). Затем устройство управления 13 отключает тормоз 9, ток удержания в электродвигателе 1 снижается и начинается опускание штанг со скоростью, контролируемой электронной системой управления «электронное устройство управления 13 - частотный преобразователь 12» и датчиками 10, 11. Стальной канат 6, соединенный с колонной штанг траверсой 7, сматывается с барабана 5, а барабан 5 через зубчатую муфту 4 приводит во вращение выходной вал редуктора 3. Редуктор 3 увеличивает частоту вращения и через упругую муфту 2 приводит во вращение вал электродвигателя 1. Электродвигатель 1 входит в генераторный режим, генерирует ток, который выпрямляется в частотном преобразователе 12. В результате, в зависимости от выполнения частотного преобразователя 12, часть потенциальной энергии поднятых штанг (30-50%) запасается в конденсаторе 14 в виде электрической энергии, либо передается по шине постоянного тока (контакты 15) частотному преобразователю другого аналогичного привода, либо преобразуется вторым контуром в повышенное напряжение и отдается в питающую сеть другим потребителям. В этом случае конденсатор 14 отключен.Initially, when the drive is turned on, the pump rod 8 is at the top point and is held by an electromagnetic brake 9, which forms an electromagnetic field that impedes the rotation of the motor shaft. As a result, the rod string is briefly held in the upper position by an electric balancing system (electronic control device 13, electromagnetic brake and frequency converter 12). Then, the control device 13 disables the brake 9, the holding current in the electric motor 1 decreases and the lowering of the rods begins at a speed controlled by the electronic control system "electronic control device 13 - frequency converter 12" and sensors 10, 11. A steel cable 6 connected to the column of the rods by a traverse 7, is wound from the drum 5, and the drum 5, through the gear clutch 4, drives the output shaft of the gearbox 3. The gearbox 3 increases the frequency of rotation and, through the elastic coupling 2, drives the shaft of the electric motor 1. E The electric motor 1 enters the generator mode, generates a current that is rectified in the frequency converter 12. As a result, depending on the design of the frequency converter 12, part of the potential energy of the raised rods (30-50%) is stored in the capacitor 14 in the form of electric energy, or transmitted via a DC bus (contacts 15) to a frequency converter of another similar drive, or it is converted by a second circuit into an increased voltage and given to the mains supply to other consumers. In this case, the capacitor 14 is turned off.
При достижении штоком 8 насоса нижнего положения с датчика 11 поступает сигнал в электронное устройство управления 13, которое переключает работу привода на подъем. При выполнении частотного преобразователя одноконтурным, без дополнительного контура рекуперации электроэнергии в питающую сеть, запасенная в конденсаторе 14 электрическая энергия преобразуется частотным преобразователем 12 в переменный ток и расходуется электродвигателем 1 вместе с энергией питающей сети на подъем штанг до достижения верхней точки, что фиксирует датчик 11. Далее процесс повторяется.When the rod 8 of the pump reaches its lowest position, a signal is sent from the sensor 11 to the electronic control device 13, which switches the drive operation to lift. When the frequency converter is single-circuit, without an additional energy recovery circuit into the supply network, the electric energy stored in the capacitor 14 is converted by the frequency converter 12 into alternating current and consumed by the electric motor 1 together with the supply network energy to lift the rods until it reaches the upper point, which fixes the sensor 11. The process is then repeated.
В случае, если выпрямитель частотного преобразователя снабжен средством для подключения к выпрямителям частотных преобразователей аналогичных приводов, например, в виде выводов электрических проводов 15 с клеммами для подключения, то предлагаемый привод позволяет обмениваться запасенной электроэнергией между аналогичными приводами, работающими в данный момент времени. Например, при одновременной эксплуатации нескольких приводов на одной площадке (в кусте) линии постоянного тока выпрямителей соединяют параллельно, что обеспечивает возможность обмена запасенной электроэнергией между аналогичными приводами работающими в данный момент времени на подъем и работающими на опускание. Это повышает эффективность использования электроэнергии, и, кроме того, позволяет существенно уменьшить емкость конденсатора 14, что снижает массу привода вцелом.If the frequency converter rectifier is equipped with means for connecting similar drives to the frequency converter rectifiers, for example, in the form of terminals of electrical wires 15 with terminals for connection, the proposed drive allows exchanging stored electric energy between similar drives operating at a given time. For example, during the simultaneous operation of several drives on the same site (in the bush), the direct current lines of the rectifiers are connected in parallel, which makes it possible to exchange the stored electric energy between similar drives that are currently working on lifting and working on lowering. This increases the efficiency of energy use, and, in addition, can significantly reduce the capacitance of the capacitor 14, which reduces the mass of the drive as a whole.
При использовании двухконтурного частотного преобразователя, выполненного с возможностью рекуперации электроэнергии в питающую сеть, при наличии выводов электрических проводов 15 с клеммами для подключения, также обеспечивается возможность обмена электроэнергией.When using a dual-circuit frequency converter configured to recover electricity to the supply network, in the presence of the findings of electrical wires 15 with terminals for connection, it is also possible to exchange electricity.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013136616/06A RU2534636C1 (en) | 2013-08-05 | 2013-08-05 | Well bottom-hole pump drive |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013136616/06A RU2534636C1 (en) | 2013-08-05 | 2013-08-05 | Well bottom-hole pump drive |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2534636C1 true RU2534636C1 (en) | 2014-12-10 |
Family
ID=53285573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013136616/06A RU2534636C1 (en) | 2013-08-05 | 2013-08-05 | Well bottom-hole pump drive |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2534636C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2661805C1 (en) * | 2016-12-14 | 2018-07-19 | Дакинг Даннуо Петролеум Технолоджи Девелопмент Со. Лтд. | Manual brake system used on pumping jack |
| RU2686304C1 (en) * | 2018-09-13 | 2019-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Control method for frequency-controlled electric drive of sucker rod pump with asynchronous motor |
| RU2788355C1 (en) * | 2022-08-05 | 2023-01-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Power unit of a pumping unit for deep-penetrating hydraulic fracturing of bulkheads of isolated cavities of oil and gas reservoirs |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4601640A (en) * | 1981-12-04 | 1986-07-22 | Sommer Gordon M | Oil well pump |
| RU2160852C1 (en) * | 1999-06-01 | 2000-12-20 | Закрытое акционерное общество ЗАО "Инжиниринговый Центр ЮКОС" | Well sucker-rod drive |
| RU2214534C1 (en) * | 2002-07-25 | 2003-10-20 | Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | Oil well pump drive |
| RU52951U1 (en) * | 2005-12-16 | 2006-04-27 | Юрий Иванович Доля | DRILL PUMP DRIVE DRIVE |
| US20110014064A1 (en) * | 2006-02-01 | 2011-01-20 | Petro Hydraulic Lift System, L.L.C. | Hydraulic oil well pumping apparatus |
-
2013
- 2013-08-05 RU RU2013136616/06A patent/RU2534636C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4601640A (en) * | 1981-12-04 | 1986-07-22 | Sommer Gordon M | Oil well pump |
| RU2160852C1 (en) * | 1999-06-01 | 2000-12-20 | Закрытое акционерное общество ЗАО "Инжиниринговый Центр ЮКОС" | Well sucker-rod drive |
| RU2214534C1 (en) * | 2002-07-25 | 2003-10-20 | Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | Oil well pump drive |
| RU52951U1 (en) * | 2005-12-16 | 2006-04-27 | Юрий Иванович Доля | DRILL PUMP DRIVE DRIVE |
| US20110014064A1 (en) * | 2006-02-01 | 2011-01-20 | Petro Hydraulic Lift System, L.L.C. | Hydraulic oil well pumping apparatus |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2661805C1 (en) * | 2016-12-14 | 2018-07-19 | Дакинг Даннуо Петролеум Технолоджи Девелопмент Со. Лтд. | Manual brake system used on pumping jack |
| RU2686304C1 (en) * | 2018-09-13 | 2019-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Control method for frequency-controlled electric drive of sucker rod pump with asynchronous motor |
| RU2788355C1 (en) * | 2022-08-05 | 2023-01-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Power unit of a pumping unit for deep-penetrating hydraulic fracturing of bulkheads of isolated cavities of oil and gas reservoirs |
| RU2811820C1 (en) * | 2023-07-17 | 2024-01-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Power unit of pumping unit for deep-penetrating hydraulic fracturing of bridges in isolated cavities of oil and gas formations |
| RU2811885C1 (en) * | 2023-07-17 | 2024-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Power unit of a pumping unit for deep-penetrating hydraulic fracturing of bridges in isolated cavities of oil and gas formations |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20160131130A1 (en) | Power Unit of Hydraulic Pumping Unit and Corresponding Hydraulic Pumping Unit | |
| CN2876326Y (en) | Winding drum type intelligent oil pumping machine | |
| CN105932854A (en) | Linear generator primary | |
| RU2534636C1 (en) | Well bottom-hole pump drive | |
| JP5732051B2 (en) | Energy recovery system in load handling equipment | |
| CN101806645A (en) | Self electricity generation wireless pulling force sensor | |
| CN208950550U (en) | Kinetic energy balancing energy-saving pumping unit based on Flywheel energy storage technique | |
| CN103912243B (en) | The soft transmission beam-pumping unit of invariable power | |
| CN201460830U (en) | Linear motor lifting spring hydraulic pumping unit | |
| CN105119311B (en) | Control system and control method of oil pumping unit | |
| CN101067367A (en) | Thickened oil deep well intelligent pumping unit | |
| CN202325429U (en) | Long-stroke dual-well oil pumping unit | |
| RU135371U1 (en) | DRAG PUMP DRIVE DRIVE | |
| CN201037401Y (en) | Thick oil deep well intelligence pumping unit | |
| CN202810800U (en) | Direct-drive vertical type oil pumping machine with electrical switching machine and uninstall hanging linkage electrical machine | |
| CN201125714Y (en) | Movable pulley set straight-line electric drive oil pumping machine | |
| CN203368220U (en) | Oil pumping machine torque motor and motor generator | |
| CN108358064B (en) | Self-powered tower crane rotating lifting appliance device | |
| CN100378291C (en) | Periodic speed-changing driving energy-saving method for oil-pumping machine | |
| CN202215211U (en) | Drum tower frame type oil pumping unit | |
| CN201187436Y (en) | Straight-line reciprocating energy-saving oil pumping machine | |
| CN204609846U (en) | Intelligent speed changing drum oil pump | |
| CN209959217U (en) | Belt winding type oil pumping unit | |
| CN103573222A (en) | Electric moving and unloading linkage motor direct-drive vertical type pumping unit | |
| RU2619162C2 (en) | Gearless electric lift drive (versions) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20190607 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190806 |