[发明专利]游梁式抽油机自适应速度模型调速方法

说明书

本发明所述的游梁式抽油机自适应速度模型调速方法，基于四连杆机构中的曲柄转角建立起悬点运行速度模型，以抽油机的运行参数冲次和转差率为基础，依据“重载慢驱，轻载快行”的原则，提出一种全新的悬点运行自适应速度模型实时调节方法，从而实现根据油井的液面和负荷调整情况，可随时调节抽油机的运行参数冲次和转差率有效地提升抽油机产量与作业效率。在上冲程和下冲程恒速运行的基础上，基于保持抽油机运行冲次m不变的前提下，本申请提出依据转差率确定上冲程的运行频率为f1、下冲程运行频率为f2的差速控制方法，进一步又实现上冲程、下冲程正弦变速自适应运行模型的连续调速方法。

技术领域

本发明提出一种全新的游梁式抽油机自适应速度模型调速方法，属于石化行业，油田生产计算机信息化领域。

背景技术

目前国内油田勘探施工领域，较普遍地采用游梁式抽油机作为生产设备。现有技术针对悬点运动参数的求解，基本上是通过实测悬点的位置与载荷以揭示机井光杆的悬点载荷与冲程之间的变化关系。

如以下在先公开文献，《采油工程文集》第66至72，95页，2018年3月刊，“游梁式抽油机变速运行模式优化”(巩宏亮，大庆油田有限责任公司采油工程研究院)，通过控制电动机转速调节系统的运行状况，基于平衡功率调速以实现重载慢驱、轻载快驱的理念，建立了抽油机变速运行运动学模型和动力学模型；利用非线性耦合方法对系统仿真模型求解。利用电动机变速曲线遵循马鞍形曲线的变速规律，以电动机输出瞬时功率最低为优化目标，对变速运行模式进行优化。

上述现有技术虽然提出了理论模型与解决思路，但仍未提供调速控制的精确解过程和用于实际抽油机变频电机的有效控制参数，在解决方法中欠缺真正达到精确分解上下冲程。对于悬点负载与变速变量之间的影响分析还未完成，仍属理论上的推算过程而无实际应用前景。

有鉴于此，特提出本专利申请。

发明内容

本发明所述的游梁式抽油机自适应速度模型调速方法，在于解决现有技术存在的问题而基于四连杆机构中的曲柄转角建立起悬点运行速度模型，据此实现一种全新的悬点运行速度实时自适应速度模型调节方法，从而实现根据负荷调整冲次以减少起停次数，进而提高抽油机的可靠性和适应能力，有效地提升抽油机产量与作业效率。

为实现上述设计目的，所述的游梁式抽油机自适应速度模型调速方法，是以曲柄转角为自变量，通过悬点C的速度参数建立悬点运动速度的实时调速模型，实时地调节悬点C的速度。

即在上冲程和下冲程恒速运行的基础上，基于保持抽油机的运行冲次m不变的前提，本申请所述游梁式抽油机自适应速度模型调速方法从以下两个设计角度展开：一是，依据转差率上冲程的运行频率为f1、下冲程运行频率为f2的差速控制方法；二是，针对差速控制状态下的上、下冲程工作频率不一致而存在一个阶跃变化的情况，现有技术在切换的过程中会导致运行时间延长，且过程不是平滑过度的问题，本申请提出上冲程、下冲程正弦变速运行模型的调速方法。

具体地，以抽油机的运行冲次m确定的抽油机运行频率f，在给定转差率k的情况下，确定上冲程的运行频率f1和下冲程的运行频率f2，进而实现上冲程电机以转速n1运行,下冲程以转速n2运行，并保证抽油机的运行冲次m不变；

n₁＝n_e·f₁/50

n₂＝n_e·f₂/50

上式中，ne为电机的额定转速，单位r/min；

抽油机在采用变频控制时，可调频率范围方式下的冲次为m(次/分)，转差率为k(0≤k≤0.5)时，则上冲程的运行频率f1和下冲程的运行频率f2有如下关系，