[发明专利]油井一体化控制装置

说明书

技术领域

本发明属于石油开采控制领域，尤其涉及一种油井一体化控制装置。

背景技术

辽河油田在石油开采中，稠油井的比例占有较大比重。这类井的原油粘度高，凝固点高，密度大，含蜡量高，难以开采。对此类油井的开采一般都需要二种电力装备，一种是由变频器对抽油机电机进行供电、调速，抽油机的作用是把原油通过空心抽油杆从地下提升上来。另一种是要对空心抽油杆进行加热，即目前国内普遍采用的“稠油热采”工艺，使用工频或中频电源给空心抽油杆供电、加热，使提上来的稠油变稀，可实现稠油的顺利开采，两种电力装备缺一不可。

目前存在的问题有：1、抽油机正常运行时，抽油杆始终处于上下往复运动中，当抽油杆向下运动的半个周期，因抽油杆动能与平衡块的势能差，会出现电动机被拖动旋转的转速超过同步转速的现象，此时电动机变为发电机，发出的交流电能通过自己的逆变器（此时起整流作用）变成直流电能，这部分电能如何处理，目前有两种方式：一种是增加回馈装置，把这部分直流电能再逆变成交流电，返回到电力线路中去，由于未经处理，污染了电网。另一种是增加能耗制动单元，白白地把这个能量消耗掉。这两种方法都是我们不希望的。

2、由变频器给抽油机供电并能对电机进行调速的这套系统，由于工艺需要长时间运行，且运行条件、环境恶劣，电子元器件易损等现象，往往造成停机，无备用回路可用，影响了正常生产

3、给空心抽油杆加热的方式经历了两个阶段：一是采用工频单相电源加热，因为它耗电大、效率低、且能造成工频三相不平衡，故它很快被放弃。二是采用单一功能的中频电源加热，它克服了上述缺点，利用中频的集肤效应加热，使运行效率有所提高，但仍然不能把加热效率和节能效果这个综合指标提到最佳状态。

4、变频器和中频加热电源这二台设备，从电子单元部件的功能来讲，有共同之处，但它们却没能形成有机的联系，各自的潜力不能获得充分的发挥，使得油井用电的整体性能得不到提高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明所要解决的技术问题在于提供一种变频与工频结合并能使抽油机在运行过程中所产生再生电能可以充分的加以利用的油井一体化控制装置。

本发明是这样实现的，一种油井一体化控制装置，该装置包括控制抽油机电机的变频电路以及为抽油杆加热的中频电路，所述中频电路与变频电路之间通过Z-R控制单元控制来实现抽油机电机产生的回馈电能的回馈途径，中频电路与变频电路共用一个整流电路，该装置还包括控制指挥中心，所述控制指挥中心接受来自变频电路与中频电路的电压或故障信号，并根据电压或故障类型向Z-R控制单元发出指令，控制Z-R控制单元改变回馈电能的回馈途径，回馈途径包括通过中频电路向抽油杆供电，和通过变频电路返回工频电网。

进一步地，所述变频电路与工频电网之间连接有滤波单元，用于过滤掉从抽油机回馈电能的高次谐波。

进一步地，所述Z-R控制单元连接在变频电路和中频电路的直流环节之间。

进一步地，所述Z-R控制单元包括主回路和控制回路，所述主回路由直流接触器、串联二极管及其配套电路元件组成，控制回路通过控制指挥中心完成控制。

进一步地，所述变频电路包括整流/回馈单元和逆变/整流单元，来自工频电网的交流电依次通过整流/回馈单元的整流和逆变/整流单元的逆变对抽油机电机实现变频控制；抽油机电机产生的回馈电能依次通过逆变/整流单元的整流和整流/回馈单元的逆变反馈回工频电网；所述的中频电路与变频电路共用整流/回馈单元，无回馈电能时，工频电网通过中频电路整流/回馈单元向中频电路提供电压；该装置还包括从工频电网直接通过工频设备单元与抽油机电机连接。

进一步地，所述整流/回馈单元和逆变/整流单元均采用双PWM控制方法分别用来控制整流和逆变过程。

进一步地，当检测到经过整流/回馈单元的整流电压Ｕ_Ｂ大于抽油机电机产生的回馈电压Ｕ_Ｈ时，控制指挥中心向Z-R控制单元发出指令，中频电路通过工频电网的电能对抽油杆加热；

当检测到经过整流/回馈单元的整流电压Ｕ_Ｂ小于抽油机电机产生的回馈电压Ｕ_Ｈ时，控制指挥中心向Z-R控制单元发出指令，中频电路接受抽油机电机产生的反馈电能；

当检测到中频电压Ｕ_Ｚ为零时，控制指挥中心向Z-R控制单元发出指令关闭中频电路通道，抽油机电机产生的回馈电能通过整流/回馈单元向工频电网反馈。