[发明专利]用于排空油井的方法以及用于实施所述方法的系统

说明书

技术领域

本发明涉及电气系统，该电气系统能够使从动装置减速且尤其但不限于处理在其工作过程中有可能储存大量势能的从动装置的驱动系统。

背景技术

本发明所涵盖的主要应用是用在油井中的螺杆抽油泵的驱动系统，该螺杆抽油泵是具有慢的旋转速度的泵，该旋转速度通常约为500rpm。该泵放置在油井的底部，且该驱动系统在油井的顶部，油井的深度能够超过2000米。

传统上，泵通过电动机经过具有皮带轮和皮带或具有齿轮的齿轮箱来驱动。

在工作时，利用这种泵的装置储存两种形式的势能，即一方面，由杆自身的扭转产生的驱动杆中的扭转能，另一方面，对应于由油井中存在的流体柱施加的压力的流体静力学能量。

在系统的供电电源(electricalpowersupply)故障的情况下，该势能很可能突然地在反方向上驱动驱动杆并引起转变方向的速度失控，这不仅对于装备而且对于人员都是很危险的。

因此提供了一种制动系统，以防止累积的势能突然地在与泵正常工作反向的旋转方向上驱动该系统。常规地，该制动系统为离心式制动系统，当在反方向上的旋转速度超过预定的阈值时，该离心式制动系统通过止回系统变得起作用。

在离心式制动系统用来限制旋转速度的情况下，由通过摩擦的能量损耗而引起的温度升高会超过可接受的阈值，并在存在可燃气体时导致爆炸风险，这在油井中经常发生的情况。

此外，因为要传输的转矩大，因而止回机构相对复杂且成本高。

因此，专利US6076489描述了一种离心式机械制动系统，该制动系统固定至齿轮箱的慢速轴或快速轴并利用止回机构仅在泵的正常工作的反方向上被旋转地驱动。由摩擦损耗的能量不可能控制为了完全排空油井持续超过一小时的制动引起的温度升高。

各种其它的制动设备已经被开发以试图限制和/或控制泵的旋转速度。专利公开WO00/25000、US5749416和US6113355描述了一种仅在一个方向上制动的液压减速系统。流体的温度升高取决于系统中的流体的量，并且容纳流体的庞大的槽罐可能是必要的。尺寸必须被设计成适于最高的环境温度，并且流体的温度不被调节的每一种情况必须成为考虑中的研究主题。

专利公开US2005/0205249和WO2007/042732描述了一种电气制动系统，在该电气制动系统中，马达成为发电机，并且能量在利用电力接触器的电阻器的远程块中被损耗。在马达技术故障的情况下，该系统不能工作。此外，电力接触器、相关的安全设备和电阻器块使得该系统相对复杂且成本相对较高。

因此，大多数已知的系统不可能保证在排空油井的过程中达到的最高温度不会达到油井上方的直接环境的爆炸性阈值，或者在超速条件下不可能确保完全令人满意的安全性。

一些已知的系统实现了这一目的，但是以附加约束的代价实现的，例如关联到带有磁体的马达的使用或者关系到大容量槽罐的存在。

发明内容

本发明旨在纠正上述缺陷并且根据其第一方面通过一种用于控制具有浸没的泵的油井的排空的方法来实现这一目的，所述泵由马达在表面上驱动，所述马达通过驱动杆连接至所述泵，该方法包括以下步骤：在所述马达对所述泵的驱动停止且所述驱动杆尤其在所述油井中的流体柱的压力和在由所述驱动杆累积的扭转势能的作用下被旋转的情况下，通过利用具有涡电流减速器的减速系统施加制动转矩使所述驱动杆减速。

本发明能够通过避免在自动地不与电网络连接的操作条件改变的情况下的系统失控以及通过限制势能损耗至设定点值的区域的最高温度来确保安全功能。

“控制排空”应该被理解为意味着在油井工作过程中，控制在油井中累积的油的流动，以便避免泵的反向旋转的失控。

“施加制动转矩”应该被理解为意味着向驱动杆施加转矩，该转矩抵抗该驱动杆的反向旋转运动并在驱动杆运动时能够控制和/或使其减速。

本发明的根据其第二方面的另一个主题是一种用于使油井的浸没的泵的驱动杆减速的系统，该系统包括涡电流减速器。

本发明呈现了如下优点：为使泵的驱动杆旋转可以使用任何类型(异步或同步)的马达并可以使在良好的安全条件下迅速排空油井。

减速器可以通过驱动轴以提高的驱动杆的旋转速度来驱动旋转，特别是通过齿轮传动的增速齿轮来提高，该减速器的驱动速度优选地介于驱动杆的旋转速度的1倍到10倍之间，更好地介于4倍到8倍之间。

所述涡电流可以通过由上述杆驱动的发电机供电的绕线式励磁系统在电枢中产生，该发电机特别是带有永磁体的发电机。