專利名稱：井底機動泵裝置的泵控制系統(tǒng)以及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將井底的油井液體提至地表面的泵系統(tǒng)。尤其，本發(fā)明涉及一種用于井底的直線直流機動泵裝置的控制系統(tǒng)以及采用該裝置以產(chǎn)生泵活塞的往復(fù)運動的方法。
有許多不同型號和類型的用于井底的泵控制系統(tǒng)以及用它們控制靠電機帶動的活塞泵的往復(fù)運動的方法。
和本發(fā)明有關(guān)的常規(guī)泵控制系統(tǒng)和普通型號的機動泵裝置是用來將油井液體從井底提至地面。常規(guī)的、已知的機動泵裝置通常包括一個電驅(qū)動電機，電機用一個連接桿連接到一個井底泵和井表面的一個控制系統(tǒng)之間。
這樣的系統(tǒng)在許多應(yīng)用中本應(yīng)是成功的，但在用于勉強達到生產(chǎn)價值的商業(yè)生產(chǎn)井時證明他們不太令人滿意。在這方面，由于井中產(chǎn)生的液體隨時間而減少，以成本有效的方式調(diào)整井底機動泵裝置的性能使之適應(yīng)變化的井生產(chǎn)條件證明既使不是不可能的，也是困難的。另外，如果連接桿損壞或井底泵出故障，長連接桿和泵則必須從井中采用機械方法取出來修理，然后采用機械方法降入井中。關(guān)于這一點，在泵工作期間反復(fù)多次，活塞桿就會損壞生產(chǎn)管道并因此需要取出和更換。
因此，非常需要有一個新的和改進的泵控制系統(tǒng)以及其使用方法以將在井底的油井液體提至地面，從而基本上消除了和已有系統(tǒng)有關(guān)的問題。尤其，該系統(tǒng)不必取出和更換長活塞桿，并能消除生產(chǎn)管道損壞的危險。
和本發(fā)明有關(guān)的伴隨常規(guī)機動泵裝置的另一個問題是當(dāng)一個泵出故障時的井的停機時間。在這方面，將泵從井中取出修理，非常費時間、費錢。
致力于已有技術(shù)所關(guān)心的一個嘗試解決方案見美國專利4，350，478，它公開了一個井底直線機動泵裝置，該裝置是用一個電纜沿井底下降到井液體中。雖然這樣的作法試圖解決低生產(chǎn)井的問題，但這種方法被證明是不能令人完全滿意的，因為這樣的裝置在井底不能完全適當(dāng)?shù)刂我杂行У爻橛汀?br> 關(guān)于這一點，為產(chǎn)生一個充分的抽吸作用，機動泵裝置需要一個支軸或合適的連接件以連到周圍結(jié)構(gòu)上，在其上發(fā)揮其驅(qū)動力。
然而，非常需要一個機動泵裝置，它能在井的生產(chǎn)管道內(nèi)容易地升起或放下，并產(chǎn)生充分的抽吸作用以將井底的井液以有效的抽吸速率提至井面。
與井底機動泵裝置有關(guān)的另一個問題是與在井底控制直線直流電動機有關(guān)的問題。尤其，直線直流電機的電樞必須上下往復(fù)運動，以便以有效的方式驅(qū)動泵活塞。因而，直線電機需要一統(tǒng)列分立的線圈，它們按順序被驅(qū)動以產(chǎn)生所需的驅(qū)動力。為了合適地定序和控制定子的直線運動，電機控制信號必須和驅(qū)動電機所需的高電壓脈沖一道被送至井底的。這樣的高和低電壓信號結(jié)合在一個長電纜中，由于信號干擾或者由于控制信號的損失(這是由于這樣一個長電纜的特性阻抗所產(chǎn)生的)，從地面上控制井底電機，如果不是不可能的話，也是困難的。
因此，非常需要一個新的改進的泵電機控制系統(tǒng)和使用其的方法，以可靠的和成本有效的方式控制和調(diào)整井底直線電機的性能和泵速率。還有，這樣一個電機控制應(yīng)該是可調(diào)整的以補償由于井中流體供應(yīng)減少的泵速率。
與停機時間有關(guān)的已有技術(shù)的另一個問題是需要送高水平工程技術(shù)人員到油井工地檢驗每個井底機動泵裝置的運行情況和效率。關(guān)于這一點，已知的現(xiàn)有的監(jiān)控器僅能監(jiān)視某些變量，因而對某些故障的具體識別是完全不可能的。因此，需要昂貴的、廣泛的檢修服務(wù)以確定和更換出毛病的泵和電機，并且常常在一個真正出毛病的設(shè)備被確定和修理或更換以前需要反復(fù)的維修服務(wù)。這樣的裝置很昂貴。
已有技術(shù)還有另一個問題是與修理或更換井底機動泵裝置有關(guān)的成本問題。關(guān)于這一點，因為機動泵裝置是一個整體式結(jié)構(gòu)，以成本有效的方式只是修理或更換電機既使不是不可能的，也是困難的。
因此，非常需要有一種機動泵裝置，它具有整體式結(jié)構(gòu)并且在出故障時有助于或者只修理或更換電機，或者只修理或更換泵。
因此，非常需要一個用于井底泵和直線直流電機的新的和改進的控制系統(tǒng)，它能以一個簡單和成本有效的方式監(jiān)控在井底機動泵裝置的運行情況和效率。
因而，本發(fā)明的主要目的是提供一種新的改進的控制系統(tǒng)，用于井底線性直流機動泵裝置，和為了井液體抽吸的目的用該裝置產(chǎn)生高效往復(fù)運動的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣一個新的和改進的控制系統(tǒng)，用于一個井底直線直流機動泵裝置，該控制系統(tǒng)可使電機的效率很容易地針對變化的井底條件被調(diào)整。
本發(fā)明還有另一個目的是提供一個新的改進的控制系統(tǒng)，用于一個井底直線直流機動泵裝置，它可以簡單并成本有效的方式有效地監(jiān)測井底機動泵裝置的運行和效率。
本發(fā)明再有一個目的是提供一個新的改進的機動泵裝置，它可產(chǎn)生一個充分的抽吸作用以將井底液體提至井表面，并容易從井底收回以修理或替換。
簡單地說，本發(fā)明上面的和進一步的目的是通過提供一種新的、改進的控制系統(tǒng)以監(jiān)視和控制井底直線直流機動泵裝置的運行、以及通過采用該系統(tǒng)的方法以產(chǎn)生一個充分的往復(fù)抽吸運動將井液體通過井的生產(chǎn)管道提至地面而實現(xiàn)的。該系統(tǒng)包括一個表面監(jiān)控站，它與多個遙遠的井底機動泵裝置進行無線電通訊聯(lián)系。每個機動泵裝置有一個井表面電機控制器，一個井底機動泵濾筒部件和一個井底濾筒套裝置(它適合于容納和保持濾筒部件在一個固定的位置以便進行抽吸)。為了便利于修理或更換機動泵濾筒部件，機動泵濾筒部件可以用一個控制電纜在生產(chǎn)管道中提升或下降。機動泵裝置還包括多個傳感器以監(jiān)控井底的條件以及機動泵濾筒部件的效率。
聯(lián)系附圖，參考下面關(guān)于本發(fā)明實施例的描述，上面提到的和其它目的以及本發(fā)明的特征以及實現(xiàn)它們的方式將會變得很明顯，其中

圖1是包含有一個井底直線直流機動泵濾筒部件的井的截面圖;
圖2a是一個配置在圖1的生產(chǎn)管道中的機動泵濾筒部件的頂部的局部放大的剖面圖，基本上沿線2-2剖開;
圖2b是一個圖1的機動泵濾筒部件的底部的局部放大剖面圖，剖面基本上沿線2-2方向;
圖3是直線直流電機電樞連接桿的剖面圖，活塞泵在圖2b中示出，沿線3-3剖開;
圖4是圖2a的濾筒部件的直線直流電機油壓補償器的放大了的剖視圖，剖面沿4-4方向;圖5是配置在圖1的機動泵濾筒部件中的井底電機控制部件的功能方框圖;
圖6是用于圖2的井底直線直流機動泵系統(tǒng)的一個控制系統(tǒng)的功能方框圖;和圖7是圖1的井表面電機控制器的功能方框圖，表示了它的相關(guān)電路。
現(xiàn)參見附圖，尤其是附圖1，其中表示了一個泵控制系統(tǒng)9，用于一個井底直線直流機動泵裝置10，它是根據(jù)本發(fā)明而制造的。
泵控制系統(tǒng)9一般包括一個井表面監(jiān)控站11，它通過無線電通訊與多個井底直線直流機動泵裝置(如機動泵裝置10)聯(lián)系。每個井底直線直流機動泵裝置(如裝置10)包括一個井底機動泵濾筒部件13以從一個常規(guī)油井15中抽吸井液體17，和一個電機控制器12，它具有一個井表面電機脈沖控制裝置500和一個井底電機控制電子部件600以控制井底機動泵濾筒部件13的運行。為了能使井液體17傳輸?shù)奖砻?8，油井15包括一個套管15A和配置于其中的一系列相互連接的生產(chǎn)管或管道16。如圖1、2a、和2b清晰可見，生產(chǎn)管道16在井底終止于井底濾筒套筒裝置14中，裝置14具有一個密封底座20，底座20適合于在套14的中空的內(nèi)部容納和支撐機動泵濾筒部件13于一定固定的井下位置以便進行液體抽吸。關(guān)于這一點，密封底座包括一個中心配置的孔或洞20A，它能使井液體進入機動泵濾筒部件13中以將井液體抽運至表面18。配置在生產(chǎn)管道16的中空內(nèi)部并連接于機動泵濾筒13的控制電纜19允許機動泵濾筒13在管道16中提升或下降，以便利于機動泵濾筒部件13的修理或更換。
操作時，機動泵濾筒部件13靠控制電纜19下放通過生產(chǎn)管道16進入井15中。濾筒部件13被容納在濾筒套裝置14中，裝置14在中心配置的密封底座20中可移動地固定濾筒部件13。關(guān)于這一點，當(dāng)濾筒部件13容納于濾筒套裝置14的內(nèi)部時，套14嚴密嚙合并支撐濾筒部件13。一個基本上不透液體的密封即在濾筒部件13和濾筒套裝置14的底座20之間形成，這將在后面詳細解釋。然而可理解，在生產(chǎn)管道16中液體17的靜壓力便利于濾筒部件13與底座20保持嚴密的嚙合。
動力這時通過控制電纜19施加于機動泵濾筒部件13上以啟動液體抽吸作用。關(guān)于這一點，底座20用作一個支軸，這樣井中液體可以從機動泵濾筒部件13中排出，并被向上抽吸到生產(chǎn)管道16中以便傳輸至表面。
現(xiàn)參考圖1、2a和2b詳細考慮井底濾筒套裝置14，井底濾筒套裝置14通常包括一個中空圓桶形套22和密封底座20以從下面容納并支撐井底機動泵濾筒部件13。套22包括一個環(huán)形的底或下端螺紋部份22A，它適合于與密封底座20螺紋嚙合。套22也包括一個上螺紋頸部份22B，它適合于與帶螺紋的連接件16A螺紋嚙合，16A置于井生產(chǎn)管道的下端以將套22可移動地連接到生產(chǎn)管道16上。
濾筒套裝置14內(nèi)部的尺寸應(yīng)可以寬松地容納機動泵濾筒部件13。一個在濾筒套裝置14內(nèi)壁的環(huán)形區(qū)間21可容納通過設(shè)置在底座20上的開孔20A靠濾筒部件13抽吸的井液。關(guān)于這一點，濾筒部件13通過一系列排放口(如口36B和36C，圖2)將井液17排放到區(qū)間21中，接著向上通過區(qū)間21并進入生產(chǎn)管道16，以將液體傳輸?shù)骄砻?8。
現(xiàn)參考圖2b詳細考慮底座20，底座20通常有一個單一結(jié)構(gòu)并由合適的生產(chǎn)管道材料組成。底座20通常是圓柱形并包括一個帶螺紋的頸部59，它終止于一般由21A表示的、確定了一個中心配置開口的凸出部分之內(nèi)。頸部59包括一系列螺紋60以將底座20用螺紋連接到套22上。
確定開孔21A的尺寸使其能可拆卸式地、牢固地容納和支撐濾筒部件13的下部或底部。關(guān)于這一點，開孔21A包括一個座部開孔20A，它一般為圓柱形并確定其尺寸使其能密封嚙合和支撐濾筒部件13的底部，這樣可基本上避免井液通過它們相互嚙合的表面之間進入環(huán)形區(qū)間21。開孔21A還包括一個頸部圓錐形臺肩部分20B，它朝著開孔20A向內(nèi)徑向收攏以從底部支撐濾筒部件13的底部。
現(xiàn)參考圖1，2a，2b，6和7詳細考慮井底機動泵濾筒部件13，機動泵濾筒部件13通常是圓柱形的，具有一個單元式的結(jié)構(gòu)。機動泵濾筒部件13包括一個直線直流電機(見26)，它連接到一個活塞泵(見28)，以將井液17抽吸到井表面15。
如圖2a和2b清晰可見，密封部件24置于直線電機26和泵28之間以容納一個泵連接桿27，桿27把電機26連接到泵28，并且部件24把電機26的電機潤滑液(沒示出)與從泵28排放的井液17密封隔離開。密封部件24包括一個中心配置的洞或開孔54以容納將電機26連接到泵28的泵連接桿27，并因此將電機26的驅(qū)動往復(fù)力傳到活塞泵28上，這在后面將詳細解釋。
為了平衡置于電機26內(nèi)部的電機潤滑油與由泵28排放的液體之間的壓力，機動泵濾筒部件13還包括一個壓力補償器，一般由圖2a和4中的80表示。為了限制或基本上消除電機潤滑油通過密封部件24的滲漏和污染，在電機26和泵28之間的壓力平衡是必須的。壓力補償器80通常是呈圓柱形，并包括一個上部和下部帶螺紋的頸部，分別見33和38，用于在直線直流電機26和電機電纜終端裝置(見23)之間連接壓力補償器80。
如圖2a清晰可見，電機/電纜終端裝置包括一個電纜終端(見74)，將電纜19連接到電機26，以及一系列井底傳感器616到618，和621(圖5)，以監(jiān)控井底狀況以及電機26的效率和運行。
電機/電纜終端裝置23允許濾筒部件13通過生產(chǎn)管道16從井15中抽回或絞起，并不在電機26的電導(dǎo)線上施加不適當(dāng)?shù)膽?yīng)力。如以后將詳述的，控制電纜19包括一個信號/動力同軸導(dǎo)線對525A和525B，和一個脈沖動力同軸導(dǎo)線524A，它提供一個合適的脈沖電流給直線電機26并提供一個雙向傳輸通道以給電機井底操作定序和為了維護的目的向表面提供井底信息。
如圖1，2a和2b清晰可見，電機電纜終端裝置23，密封部件24，電機26和泵28形成了單元式的濾筒泵部件13，為了維修目的可很容易地將其拆卸開。
現(xiàn)參考圖2b詳細考慮活塞泵28，活塞泵28通常包括一個下底座嚙合部分(見45)用于和濾筒套裝置14的密封底座20以不透液體的形式嚙合，并包括一個泵桶(見34)，用于接受和抽運井液體17進入生產(chǎn)管道16，這將在以后詳述。底座部件45包括一個向上延伸的環(huán)形頸部45A，它終止于凸出部分45B，45B對于一個下部45確定了一個開孔或咀。配置在頸45A內(nèi)部四周的一系列螺紋適合于與泵桶34螺紋嚙合。
泵28的下部45還包括一對環(huán)形槽44和46，其尺寸適合于分別容納一個金屬嵌塊密封部件44A和一個氯丁橡膠壓力密封部件46A。密封件44A和46A適合于緊密與底座20嚙合，這樣在底座20和下部45之間形成了一個不透液體的密封。關(guān)于這一點，密封件44A和46A阻止排放在空間21內(nèi)的液體通過開口20A向下流回井中。
現(xiàn)參考圖2a、2b、3詳細考慮泵桶34，泵桶34通常包括一個上螺紋頸部42，以將泵桶34螺紋連接到密封部件24上，和一個下螺紋頸部64，以將泵桶34螺紋連結(jié)到泵28的下部45上。泵桶34還包括一個中心配置的細長中空的泵室35，它配置在上頸部42和下頸部64之間，以分別接受來自井15的井液。泵活塞50被配置在泵室35中以將井液抽吸進泵室35和排出泵室35。泵室部分35包括一個進口36A和一系列徑向延伸的排放出口36B和36C(見圖2b)以將井液通過室35傳入?yún)^(qū)間21?？梢岳斫庠诒猛?4和濾桶套裝置14之間形成的環(huán)形區(qū)間21允許在套裝置14的中空內(nèi)部的井液通過泵傳輸?shù)綖V筒部件13的外部，并進入生產(chǎn)管道16。
進口36A被中心配置在底部或下部45，并與開孔20A保持液體溝通，這樣通過開孔20A的井液17流經(jīng)進口36A進入配置在泵桶34中的中空室35中。排出口，如出口36B，允許在泵室35內(nèi)的井液從這排入?yún)^(qū)間21或濾筒套裝置14的中空內(nèi)部。
室35在泵桶34中是整體式形成的。泵室35的上端對著中心環(huán)形開孔48軸向地逐漸縮小以形成一個環(huán)形臺肩48A。開孔48的尺寸應(yīng)可滑動地容納活塞桿27，桿27包括一個底部30(圖3)用于螺紋連接活塞桿27和泵活塞50?；钊麠U相反的一端被連接到活塞桿連接件40上以允許泵活塞50往復(fù)運動。
泵室35的下端終止于腳踏單向閥37，閥37允許井液向上流進室35，但卻阻止從室35流下和流出。腳踏單向閥37被設(shè)置在進口36A和泵室35之間，并包括一個閥元件或閥球37A和一個錐形閥底座37B。
現(xiàn)參考圖2b和3詳細考慮泵活塞50，泵活塞50通常是連接到活塞桿27底部的中空圓柱形粗而短的物體以允許井液經(jīng)過其流過?；钊?0包括一個中心配置的帶螺紋的連接件57，以允許活塞桿27的底部30用螺紋連結(jié)于其上?；钊麠U27的底部30包括一個軸向延伸的溝道或口52以允許在活塞50的中空內(nèi)部的液體經(jīng)過并被排放到室35內(nèi)活塞50上。關(guān)于這一點，泵活塞50包括一個中心配置的室57，它朝著中心環(huán)形進口部分58軸向逐漸縮減。進口58允許室35中活塞50以下的液體通過其進入室57，并因此經(jīng)過溝道52排放到活塞50以上。
為了通過活塞50控制井液的流動，一個單向閥(見53)被配置在進口58和室57之間。閥53包括一個閥元件或閥球55和一個錐形閥底座54。單向閥53允許井液向上流進室57，但阻止經(jīng)過它的向下和向外液流。關(guān)于這一點，當(dāng)泵活塞50向上移動時使單向閥53阻塞進口58，這樣活塞50上方的井液從活塞50上的主室35中排出，并經(jīng)排出口(如出口36B)，進入環(huán)形區(qū)間21。
現(xiàn)參考圖2詳細考慮上螺紋頸部42，上螺紋頸部42包括一系列配置在其外表面上的螺紋38以螺紋嚙合到配置在密封部件24下端的螺紋連接件39上。配置在桶34頸部42外側(cè)的泵桶密封墊64與密封部件24配合，從而使當(dāng)它們螺紋嚙合時在密封墊64和密封部件24之間形成了不漏液體的密封。上螺紋頸部42也包括一個中空的中心配置的圓柱形槽43，它適合于按螺紋連接方式容納一個活塞桿密封栓柱44，以便將直線電機26和井液密封隔開。配置在頸42內(nèi)表面上的一組螺紋49允許栓柱44螺紋嚙合在槽43中。在室35頂部的中心配置的開孔48延伸進入槽43的底部并從那由栓柱44密封。確定開孔或洞48的尺寸以便讓活塞桿27自由沿其通過。
活塞桿密封栓柱44包括一個中心配置的孔或眼46，其尺寸也允許活塞桿27自由通過它。栓柱44的外部帶有螺紋以同泵桶34的上頸部分42的螺紋49螺紋嚙合。為了防止電機10潤滑液漏進泵室35和為了防止井液進入電機26的污染滲漏，密封栓柱44包括一個金屬嵌塊壓力密封件61，它靠一個金屬隔離件64與氯丁橡膠密封部件62隔離開。
現(xiàn)參考圖1，2a、2b和5詳細考慮直線直流電機26，直線直流電機26通過電機控制終端裝置23電連接到電機控制器12上，這在以后將詳細考慮。直線直流電機包括一個電機外殼部件25以將直線直流電機26機械連接到密封部件24和壓力補償器80之間。電機26包括一個定子裝置(29)和一個電樞裝置(30)，它們基本上被封閉在外殼部件25中。定子裝置29和電樞裝置30之間的磁相互作用是靠電機控制部件600控制的，這將在以后詳細考慮。
現(xiàn)在參考圖2A和2b詳細考慮外殼部件25，外殼部件25通常是一個中空圓柱管，它包括一個內(nèi)環(huán)壁部分130以限定一個包圍住電樞裝置30的中空室132。壓力補償油134(圖4)，如合適的變壓器油，被置于中空室132中以便于電樞裝置在室132中的往復(fù)運動。壁部件130包括一個上部和下部，它們被整體式地連接到定子29上。關(guān)于這一點，環(huán)形壁130的上部和下部是由有色金屬材料制成以避免在定子和電樞裝置30之間的磁通的干涉。一個溝(沒示出)開在定子29和壁130內(nèi)以允許從電機控制部件600發(fā)出的一系列電線通過。
外殼25還包括一個下螺紋頸部32(見圖26)，它帶有一系列螺紋33以與密封部件24螺紋連接。置于密封部件24和外殼部件25之間的密封墊35相互配合，這樣在密封部件24和外殼部件25之間形成了一個不漏液體的密封，以防止流過濾筒13外側(cè)的井液進入電機26。外殼部件25還包括一個上螺紋頸部90(圖2a)，它具有一系列螺紋91以與壓力補償器80螺紋連接。
現(xiàn)參考圖1和6詳細考慮定子29，定子29通常包括多個等距堆積的分隔開的線圈，如線圈612-614。線圈由多個鐵類材料片分隔開，如片632和634。鐵類材料片有助于集中從每個線圈來的磁通并有助于基本上在水平方向定向它的磁通。
在每個線圈和每個鐵類材料片上開個溝以允許從電機控制部件600中發(fā)出的一系列電線(606C;607A-D;608A，B;609A，B;610A，B;和611A，B)通過，以控制線圈612-614的脈沖傳輸和探測電樞裝置29B的位置。
現(xiàn)參考圖2a和5詳細考慮電樞裝置30，電樞裝置30包括一個電樞30A，它滑動地定位于室132的內(nèi)部并由每個線圈和鐵類材料片圍繞，如線圈612-614，片632-634。電樞30A包括多個等距堆積的分隔開的永久磁鐵，如磁鐵31(圖5)。確定這些磁鐵(如磁鐵31)的位置以使在線圈之間(如線圈612-614)作用的磁場力得到一個平衡位置。關(guān)于這一點，在以后將詳細解釋，由于單個線圈612-614被施以電脈沖，磁場力變得不平衡，這樣就產(chǎn)生了足夠的運動力以滑動地移動電樞裝置30進入室132。當(dāng)電脈沖被移去，電樞裝置30繼續(xù)在其被驅(qū)動方向移動，直到它達到一個新的平衡位置為止。對選擇的線圈施以相反方向的場電流則產(chǎn)生了相反方向的驅(qū)動力。這樣用來驅(qū)動泵28的電機26就實現(xiàn)了往復(fù)運動。
如圖2清晰可見，電樞30A的下端終止于整體形成的帶螺紋的活塞桿連接件40的下端。活塞桿連接件40適合于螺紋地容納泵連接桿27，這樣由電機26產(chǎn)生的往復(fù)運動被傳到活塞桿泵28上，這將在后面詳細解釋。
現(xiàn)參照圖2a和4詳細考慮電機控制電纜終端裝置23，電機控制電纜終端裝置23通常包括一個中空的基本為錐形的頂部(見71)以幫助引導(dǎo)濾筒部件13進入套裝置14中，并引導(dǎo)從泵28中排出的油進入生產(chǎn)管道16。頂部71包括一個整體連接的一般為圓柱形的向下懸掛的帶螺紋的裙部72，它具有一系列螺紋73以將電機控制/電纜終端裝置23螺紋連接于壓力補償器80上。
見圖2和4，電纜終端74和井底電機控制部件600基本上完全被配置在上部73的中空內(nèi)部，并由一個壓力補償裝置(80)與直線直流電機26分離開，壓力補償器有利于平衡從井中抽吸的液體和直線電機26內(nèi)部的潤滑油之間的動態(tài)油壓，這在以后詳細解釋。電纜終端74將濾筒部件13連接到電纜19，這樣濾筒部件13可在生產(chǎn)管道中提升或放下，并且74將井底電機控制部件600與電纜19中的電導(dǎo)線連接在一起，以允許從表面電機脈沖控制裝置500到電機控制裝置600以及配置在井底的各種傳感器，如傳感器616-618和621的電傳輸。
現(xiàn)參考圖2a詳細考慮頂部71，頂部71通常包括4個徑向延伸的中心葉片，如葉片75。每個葉片有一個基本上矩形的軸向延伸的擋圈，如擋圈76，以便當(dāng)濾筒部件13從套裝置14中分出來時滑動地嚙合在生產(chǎn)管道16的內(nèi)表面上。
為了允許井液從區(qū)間21流入在套裝置上方的生產(chǎn)管道16的內(nèi)部，頂部71還包括4個開口或溢流孔，如溢流孔77和78，它們軸向延伸、間隔相等的隔開并配置在葉片之間，如葉片75。每個溢流口從活塞裙72到配置在上述濾筒部件13上的電纜19逐漸地徑向向內(nèi)變尖。
為了使井液與壓力補償裝置(80)相互作用，活塞裙部分72包括一系列進口，如進口79，它允許井液進入在電纜終端74和壓力補償裝置80之間的中空空間。如以后所詳述，壓力補償器裝置80在電纜終端23和直線電機26內(nèi)部之間建立了一個不漏液體的密封。
現(xiàn)參照圖2a詳細考慮電纜終端74，電纜終端74包括一個基本上錐形的護圈84，以與從電纜開孔86向外徑向收縮的內(nèi)部錐形臺肩85嚙合來收緊其上的護圈。電纜19通過中心配置在頂部71中的孔86并采取措施(未示出)被連接于護圈上。電機控制部件600被直接配置在護圈84的下面并靠其支撐，這樣配置在控制部件600和電機26之間的電導(dǎo)線當(dāng)濾筒部件13在生產(chǎn)管道16中被提升或下放時不受應(yīng)力。
現(xiàn)參考圖2a和4詳細考慮油壓力補償器80，油壓力補償器80有助于維持電機26中的油壓高于泵28產(chǎn)生的液壓，并包括一個中空的外壓力補償器桶472，桶472具有一個帶螺紋的頂部474和帶螺紋的底部476以將壓力補償器80連接到電機/電纜終端裝置70和電機外殼部件25之間，并還具有一個布置于其中的中空室475。頂部474還適合于螺紋地接收有孔的帽476以有助于維持電機26中的油壓高于泵28產(chǎn)生的液壓。有孔的帽476有一個開孔477，允許在壓力補償器桶472內(nèi)部和電機26的中空內(nèi)部之間的液體溝通。補償器桶472還包括一個洞或通道487以允許來自電機控制部件的電導(dǎo)線電連接到直線電機26上。套488在洞487中包圍著導(dǎo)線。
壓力補償桶472的螺紋頂部474包括一個凸緣478，當(dāng)帽476被螺紋地安裝在頂部474內(nèi)時，凸緣478適合于在桶472的內(nèi)部和有孔的帽476之間夾持一個密封環(huán)479。密封環(huán)在桶472和帽476之間形成一個密封，這樣液體通過開孔477只能進入桶的內(nèi)部。桶472的底部476包括一個凹槽478，它適于容納一個維持圈480。維持圈480包括一個中心布置的孔482和一個相對于孔482集中配置的壁部483。
一個補償活塞471被維持在桶472的中空內(nèi)部475?；钊?71包括一個中心配置的槽473，它適合于容納一個壓力密封件475以嚙合桶472的內(nèi)壁。一個補償?shù)幕蚶o的螺旋形彈簧485被配置在有口的帽476和活塞471之間，并對活塞471施加一個恒定的向下的力。關(guān)于這一點，當(dāng)活塞471在桶472的中空內(nèi)部自由移動時，活塞471的向上路徑被帽476限制，而其向下路徑被維持環(huán)80的壁部483限制住。
桶472被螺紋地連接到外殼25上，這樣電機26中的內(nèi)部潤滑油通過孔482進入桶472的中空內(nèi)部并頂著活塞471的下部。壓力密封件475防止?jié)櫥屯ㄟ^活塞排出進入配置有彈簧485的活塞471以上的空間。
現(xiàn)參照圖4，在操作時，通過開孔477的井液施加的壓力對活塞471產(chǎn)生一個向下的壓力。相反，由電機潤滑油施加的壓力是向上對著活塞471的。彈簧485與由井液施加的向下力配合作用這樣可維持電機中的壓力高于產(chǎn)生的液體壓力。這由關(guān)系表示Pw＝井液體壓力Pc＝補償壓力Pm＝電機液體壓力R＝彈簧彈力X＝活塞移動距離因此Pw＝PcPm＝Pw+Kx。
現(xiàn)參考圖5和7詳細考慮電機控制器12，電機控制器12通常包括井表面電機脈沖控制裝置500和井底電機控制電子學(xué)部件600以控制直線直流電機26的運行。井底電機控制部件600基本上被配置在電機控制電纜終端裝置23中以將控制電纜19連接到電機26上。井表面電機脈沖控制裝置500和井底電機控制電子學(xué)部件600將在下面詳細描述。
現(xiàn)參考圖7詳細考慮電機脈沖控制裝置500，電機脈沖控制裝置500通常包括一個電機脈沖控制部件501以在井底提供一個高電壓脈沖給電機26，和一個通訊控制器504以控制電機脈沖控制部件501并從濾筒部件13向位于中心的控制監(jiān)控中心11發(fā)送性能數(shù)據(jù)。通訊控制器504確定在脈沖控制部件501或機動泵濾筒部件13中是否存在故障狀態(tài)，并通過一個無線電收發(fā)兩用機542向監(jiān)控中心11發(fā)送性能或故障數(shù)據(jù)。監(jiān)控中心11評估油井15以及井底機動泵濾筒部件13的性能數(shù)據(jù)。
為了把電機脈沖控制部件501的高電壓信號與通訊控制器504的低電壓信號隔離開，電機脈沖控制裝置500還包括一個常規(guī)的本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員熟知的高電壓隔離網(wǎng)絡(luò)503。
現(xiàn)參考圖7詳細討論電機脈沖控制部件501，電機脈沖控制部件501通常包括一個高電壓分配部件或電路502，用來將來自常規(guī)的三芯電源線的適當(dāng)電壓的交流電流轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€高直流電壓，用來產(chǎn)生送至線性直流電機26的高電壓脈沖。電機脈沖控制部件501還包括一個脈沖產(chǎn)生電路505，它在井底供應(yīng)高電壓脈沖以使直線直流電機26的電樞29A往復(fù)運動。高電壓分配部件502和脈沖產(chǎn)生電路505以后將詳細描述。
現(xiàn)參照圖7詳細考慮高電壓分配部件502，分配部件502由常規(guī)的三芯交流源供應(yīng)能量(沒示出)并轉(zhuǎn)變或升高線電壓使之成為一個合適的直流操作高電壓，大約為1000伏直流，用于脈沖產(chǎn)生電路505。分配部件502通常包括一個常規(guī)的電控電源通/斷接觸式開關(guān)506以將系統(tǒng)電源接通或斷開，和一個瞬間或閃電保護電路507。閃電保護電路507有助于避免，或至少很大地減少，系統(tǒng)損壞或甚至由于不同電條件而毀壞的可能，如閃電打擊或類似情況。分配部件502還包括一個電源轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)508以供應(yīng)系統(tǒng)能量，并且包括一個高電壓變壓器510和高電壓整流器511以升高線電壓，一個低電壓電源512，和一個電壓調(diào)節(jié)器513。
現(xiàn)參照圖7詳細考慮電控電源開關(guān)506，電源開關(guān)506能使供給電機脈沖控制裝置500的電源接通和關(guān)斷。電源開關(guān)506被連到瞬時網(wǎng)絡(luò)507和常規(guī)三芯電源線裝置之間。關(guān)于這一點，電源開關(guān)506包括一系列輸入端T1、T2和T3，它們適合于連接到常用的三芯電源線裝置的火線、中性線、和地線上。開關(guān)506還包括一個聯(lián)結(jié)到通訊控制器504的控制端T4，以通過來自遙遠監(jiān)控站11的控制信號使控制器504能驅(qū)動開關(guān)506通電和斷電。
現(xiàn)參考圖7詳細考慮瞬時或閃電保護網(wǎng)絡(luò)507，瞬時網(wǎng)絡(luò)507包括一系列按常規(guī)方式安排的金屬氧化物可變電阻(沒示出)以抑制當(dāng)開關(guān)506接通或由閃電打擊等類似情況產(chǎn)生的瞬時信號。濾波網(wǎng)絡(luò)507被連接到高壓變壓器510和開關(guān)506之間。關(guān)于這一點，濾波網(wǎng)絡(luò)507被一系列導(dǎo)線506A，506B和506C連接到開關(guān)506上，和被一系列相應(yīng)導(dǎo)線507A、507B和507C連接到變壓器510上。一個公共的地線507D也將濾波網(wǎng)絡(luò)507連接到高電壓變壓器510上。
現(xiàn)參考圖7詳細考慮電源轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)508，電源轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)508包括高電壓變壓器510，它轉(zhuǎn)換或升高供電電壓使其達到適當(dāng)?shù)母唠妷核?，大約為1500伏交流。
為了把由高電壓變壓器510產(chǎn)生的交流高壓轉(zhuǎn)換成大約為1000伏的直流高電壓，電源轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)508還包括一個高電壓整流器511。關(guān)于這一點，高壓變壓器510通過一系列導(dǎo)線510A、510B和510C被連接到高壓整流器511上。
高壓變壓器510還包括一系列低壓變換線圈510D以將電源電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m的交流低電壓。關(guān)于這一點，低電壓變壓器510D還通過一系列導(dǎo)線510E、510F和510G連接到高電壓整流器511上。
現(xiàn)詳細考慮高壓整流器511，高壓整流器511通常包括一個常規(guī)AC/DC整流器512A，它分別將通過高壓和低壓變壓器510和510D供給的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷骸C/DC整流器512A被連接到一個低壓直流電源512D上，它分別通過一系列導(dǎo)線513A和513B和504A和504B將合適的直流低電壓提供給隔離網(wǎng)絡(luò)503和通訊控制器504。
為了調(diào)節(jié)和控制整流器512A的高電壓輸出，以使其維持在恒定的1000伏直流，電源轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)508包括一個高電壓調(diào)節(jié)器513。AC/DC整流器512A經(jīng)一組導(dǎo)線512B和512C和高壓調(diào)節(jié)器513相連，并且包括公共地線511A。
以上結(jié)合圖7的描述的電源分配部件502向脈沖控制部件505、隔離網(wǎng)絡(luò)503和通訊控制器504分別提供了合適的直流電壓。關(guān)于這一點，電壓調(diào)節(jié)器513的輸出通過一系列導(dǎo)線513C和513D連接到脈沖控制部件505上。
現(xiàn)詳細考慮脈沖產(chǎn)生裝置505，脈沖產(chǎn)生裝置505通常包括一個電容充電控制部件514和一個電容組515，515包括一系列電容516、517和518以存貯送到井底的高壓電荷，這在以后詳述。為了使電容組15中各個電容放電，脈沖產(chǎn)生部件505還包括一個開關(guān)控制部件519和一個電源開關(guān)組528。電容充電控制部件514和開關(guān)控制部件519都由通訊控制器504控制。關(guān)于這一點，通訊控制器504將控制信號送至電容充電控制部件514使所選擇的電容充電，并且將相應(yīng)的一系列控制信號送至一開關(guān)控制部件519以對選擇的電容放電。
偶合網(wǎng)絡(luò)529通過高電壓隔離網(wǎng)絡(luò)503被連接到脈沖產(chǎn)生部件505和通訊控制器504之間，以將高電壓脈沖和控制信號送至井底以被井底電機控制部件600所用，以后將詳述。
在操作時，在通訊控制器504控制下的脈沖控制部件505使一系列位于電容組515上的電容516、517和518充電和放電以產(chǎn)生高電壓脈沖，通過控制電纜19將這些高壓脈沖供應(yīng)給井底。關(guān)于這一點，一旦電容充電控制部件514確認在電容組515中的一個電容被充分充電，它即傳送該信息給通訊控制器504。通訊控制器504又存貯該信息，并通過高電壓隔離網(wǎng)絡(luò)503向開關(guān)控制部件519傳送一啟動信號，這使電源開關(guān)組528被驅(qū)動以對充電的電容放電。當(dāng)電容被放電時，一高電壓脈沖在井底被送至機動泵濾筒部件13。由電容516-518提供的高電壓脈沖分別被施加給脈沖線圈612、613和614(圖5)以使直線直流電機26的電樞往復(fù)運動。在一個指定電容已被放電后，電容充電控制部件514通過通訊控制器504對放電電容重新充電，以使其能反復(fù)放電。
現(xiàn)詳細考慮電容充電控制部件514，電容充電控制部件514被連接到電壓調(diào)節(jié)器513和電容組515之間以允許電容516-518被充電至一個合適的電壓水平。關(guān)于這一點，電容充電控制部件514包括一系列模擬開關(guān)(未示出)，它允許直流調(diào)節(jié)器513的1000伏直流輸出被有選擇地連接到電容組515的每個電容上以便充電。模擬開關(guān)的輸出由一系列導(dǎo)線516A、516B、516C和一個公共返回線516D被連接到相應(yīng)的電容516、517和518上?？梢岳斫?，盡管在優(yōu)選實施例中三個電容被連接到控制部件514上，脈沖產(chǎn)生裝置505在用于具有低生產(chǎn)能力的小機動泵濾筒部件時可僅包含二個電容，或當(dāng)為滿足任何油井生產(chǎn)能力的需要(如油井15)而具有所需數(shù)目的電容。
電容充電控制部件514還包括一個常規(guī)的信號分離器(沒示出)，它可以通過高電壓隔離網(wǎng)絡(luò)503和一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器530而被連接到模擬開關(guān)和通訊控制器504之間。
關(guān)于這一點，控制器504將一數(shù)字控制信號送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器530，以把數(shù)字控制信號變?yōu)槟M控制信號。模擬控制信號通過高電壓網(wǎng)絡(luò)503被連接到信號分離器上。信號分離器將模擬信號分離成它的分量部份以驅(qū)動所選擇的模擬開關(guān)。
電容充電控制部件514還包括一系列常規(guī)的電荷傳感器(沒示出)以確定每個電容器516-518的電荷況態(tài)。傳感器被連接到每個電容器和地之間。來自不同傳感器的輸出信號通過配置在電容充電控制部件514上的多路轉(zhuǎn)換器(未示出)被多路傳輸。多路轉(zhuǎn)換器的輸出通過高電壓隔離網(wǎng)絡(luò)503和一個模擬轉(zhuǎn)換器531被連接(線514B)到通訊控制器504上，這在以后將詳述。
現(xiàn)參考圖7詳細考慮開關(guān)控制部件519，開關(guān)控制部件519控制電容器516、517和518的開啟，并通常包括一個常規(guī)的信號分離器(沒表示)，其輸入通過隔離網(wǎng)絡(luò)503和數(shù)模轉(zhuǎn)換器532被連接到控制器504上。信號分離器將模擬信號分離成一系列控制信號以控制電源開關(guān)組528，這將在以后詳述。
現(xiàn)參考圖7詳細考慮電源開關(guān)組528，電源開關(guān)組528包括一系列可控硅或電源開關(guān)520、521和522。電源開關(guān)520、521和522分別通過一系列導(dǎo)線520A、520B和520C被連接到配置在開關(guān)控制部件519中的信號分離器上。如圖7所示，在電源開關(guān)組528中的每個電源開關(guān)有對應(yīng)的在電容組515中的電容。因而，不論何時一個給定的電源開關(guān)被啟動(靠開關(guān)控制部件519)，與選擇的電源開關(guān)相關(guān)的對應(yīng)的電容被放電。
現(xiàn)更詳細考慮開關(guān)控制部件519，開關(guān)控制部件519是一個低電壓部件，并通過一系列導(dǎo)線516C和516D由低電壓電源512B供電。開關(guān)控制部件519通過高壓隔離網(wǎng)絡(luò)503和數(shù)模轉(zhuǎn)換器532從通訊控制器504接收定序信息。定序信息確定在電容組515中的充電電容是怎樣按順序放電的。關(guān)于這一點，可以理解電機脈沖控制裝置500能夠以任何順序給電容放電定序;然而，本發(fā)明的最佳實施例中，電容按516、517和518的順序放電，然后反過來是518、517和516。
在電源開關(guān)組528中的每個開關(guān)521、522和523分別由導(dǎo)線516C和D，517C和D，以及518C和D連接到電容516、517和518上。為了將來自電容組515的放電能量在井底傳輸?shù)綑C動泵濾筒部件13，電源開關(guān)521、522和523的輸出通過一對導(dǎo)線528A和B連接到偶合網(wǎng)絡(luò)或電路529上。
現(xiàn)詳細考慮脈沖控制部件502的偶合網(wǎng)絡(luò)或電路529，偶合網(wǎng)絡(luò)529被連接到電源開關(guān)組528和高電壓隔離電路503之間以便在井底傳送高壓脈沖。偶合網(wǎng)絡(luò)529還發(fā)送和接收井底信息以控制電機26和監(jiān)控井底狀況條件。偶合網(wǎng)絡(luò)529通常包括一個接口電路524(它具有一個發(fā)射接收器524A以通過一個連接到電纜19上的信號/電源導(dǎo)線525A發(fā)送和接收井底信息)和一個調(diào)諧電路524B(用于產(chǎn)生一個高電壓頻率信號，該信號不與在導(dǎo)線525A上的低電壓頻率信號發(fā)生干擾)。調(diào)諧電路524B通過一對導(dǎo)線525C和525D被連接到電源開關(guān)組528和單個共軸導(dǎo)線19A之間。導(dǎo)線525D載有高電壓脈沖信號并被連接到電纜19上。偶合網(wǎng)絡(luò)529還包括一個常規(guī)的光學(xué)偶合或隔離裝置509以將低電壓直流電源512D與通過電纜19在井底攜帶的高壓脈沖分離開。光偶合裝置509還被連接到發(fā)射接收器524A和高壓隔離器503(它通過一對導(dǎo)線509A和509B將來自電源512D的低電壓偶合到偶合裝置509上)。光偶合裝置由一對導(dǎo)線509C和509D連接到發(fā)射接收器524A上。
現(xiàn)參考圖7詳細考慮發(fā)射接收器524A，發(fā)射接收器524A是一個對本領(lǐng)域人員來說熟悉的常規(guī)的完全雙向裝置。發(fā)射接收器524A產(chǎn)生一個調(diào)頻頻率信號，該信號被施加在連接到同軸電纜19上的單個電源導(dǎo)線525A上。關(guān)于這一點，電源導(dǎo)線為井底電機控制部件600既提供了控制信號也提供了低電壓。
為了解調(diào)和調(diào)制在導(dǎo)線525A上的載波信號，偶合網(wǎng)絡(luò)529還包括一個常規(guī)的調(diào)頻調(diào)制器/解調(diào)器527。調(diào)頻調(diào)制器/解調(diào)器527被連接到發(fā)射接收器524(通過一對導(dǎo)線527C和527D)和高壓隔離器503(通過導(dǎo)線527A和527B)之間。調(diào)頻調(diào)制器/解調(diào)器527調(diào)制自通訊控制器504接收的控制信號以被井底電機控制部件600所利用。反過來，調(diào)頻調(diào)制器/解調(diào)器527解調(diào)在井底產(chǎn)生的狀態(tài)/條件信號以被通訊控制器504所利用。
現(xiàn)詳細考慮調(diào)諧電路524B，調(diào)諧電路524B具有通過導(dǎo)線對528A和B連接到電源開關(guān)組528的輸入。調(diào)諧電路524B將電源開關(guān)線528A和B連進單個同軸電纜19A，而電纜19A被連到雙股同軸電源/提升電纜19中。
現(xiàn)詳細考慮高電壓隔離網(wǎng)絡(luò)503，隔離網(wǎng)絡(luò)503通常包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器530和532，模數(shù)轉(zhuǎn)換器531和一個常規(guī)隔離網(wǎng)絡(luò)545。數(shù)模轉(zhuǎn)換器530通過導(dǎo)線530A被連接到偶合網(wǎng)絡(luò)545并將通訊控制器504產(chǎn)生的用以為電容放電排序的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換為被電容充電控制部件514所用的模擬信號。類似地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器532通過導(dǎo)線532被連接到偶合網(wǎng)絡(luò)545并將由通訊控制器504產(chǎn)生用以為電容放電排序的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)楸浑娫纯刂撇考?19所用的模擬信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換器531將在電容組515中指示每個電容充電狀態(tài)的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)楸煌ㄓ嵖刂破?04所用的數(shù)字信號。關(guān)于這一點，模數(shù)轉(zhuǎn)換器531通過導(dǎo)線531A和導(dǎo)線531B分別被連接到高電壓隔離網(wǎng)絡(luò)503和通訊控制器504之間。
現(xiàn)詳細考慮通訊控制器504，通訊控制器504通常包括一個微處理器536，它控制電容的充電和放電，并監(jiān)控井15以及井底電機26還有電機控制部件600的狀況。被連接到低電壓電源512D的一個低電壓電源534對微處理器536供電，并包括一個可充電電池534A以便在主電源出故障時維持控制器電源。通訊控制器504還包括一個太陽能電池板540C和電源534相連以對可充電電池534A重新充電。對微處理器536編程以執(zhí)行這里所描述的功能的方式是常規(guī)的并對本領(lǐng)域人員來說是熟知的，這里不再詳述。
為了通過遙遠的監(jiān)控中心11自動控制開關(guān)506電源的通/斷順序，通訊控制器504還包括一個通訊網(wǎng)絡(luò)533以與監(jiān)控中心11和數(shù)模轉(zhuǎn)換器535雙向通訊以便開啟和關(guān)閉電源開關(guān)506。
現(xiàn)詳細考慮微處理器536，微處理器536是一個常規(guī)8286CPU部件。微處理器536是通過導(dǎo)線534C和D由低電壓電源534供電，534C和D通過導(dǎo)線504A和B被連接到在電源分配部件501中的低電壓直流電源512D上。微處理器536也分別通過導(dǎo)線536A和536B被連接到通訊網(wǎng)絡(luò)533上。
通訊控制器504從控制部件514接收電容充電信息，從機動泵濾筒部件13接收電樞位置，然后產(chǎn)生一系列定序信號以傳到開關(guān)控制部件519對電容組515的電容進行放電?？刂破?04還產(chǎn)生一個控制信號，該信號在井底被送到井底電機控制部件600以控制機動泵濾筒部件13的泵運動?？刂破?04還接收多個來自井底的傳感器信號，涉及到不同的條件，例如，溫度、液體水平高度，和電樞位移?？刂破?04將此信息發(fā)送給控制監(jiān)測中心11，這將在以后詳述。
現(xiàn)詳細考慮通訊網(wǎng)絡(luò)533，通訊網(wǎng)絡(luò)533允許在微處理器536和機動泵濾筒部件13之間在井底雙向通訊。通訊網(wǎng)絡(luò)533還允許在遙遠位置的控制中心11和微處理器536之間雙向通訊。通訊網(wǎng)絡(luò)533通常包括一個完全雙向調(diào)制解調(diào)器537以允許井底通訊，一個完全雙向調(diào)制解調(diào)器538以允許到監(jiān)控中心11的通訊，和一個無線電頻率發(fā)送接收機539和天線540以允許在監(jiān)測中心11和通訊控制器504之間進行無線電頻率通訊。
發(fā)射接收器539通過導(dǎo)線539A、導(dǎo)線538B被連接到天線540和調(diào)制解調(diào)器537之間。發(fā)射接收器539通過導(dǎo)線504A和B由在電源分配部件501中的低電壓電源512D供電。
如圖7清晰可見，低電壓電源534通過導(dǎo)線540A和B被連接到太陽能電池板540上。太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏饕詫﹄娫?34中的可充電電池534A充電。關(guān)于這一點，電源534即使在電源分配器部件501上的電源斷開的情況下也可以繼續(xù)工作，因此，能夠使通訊控制器504與監(jiān)控中心11保持不間斷的通訊。
現(xiàn)參考圖6詳細考慮控制監(jiān)控中心11，控制監(jiān)控中心11通常包括一個聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)410和一個微處理器402，該微處理器具有一圖像監(jiān)視器404和鍵盤407。微處理器402存貯從不同井底系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)9，在內(nèi)部向當(dāng)?shù)氐墓ぷ魅藛T提出關(guān)于存在潛在或?qū)嶋H故障狀況的警告以及對確定潛在或?qū)嶋H故障狀況的原因有用的性能數(shù)據(jù)。關(guān)于這一點，微處理器402通過一個通訊線410A被連接到通訊網(wǎng)絡(luò)410。微處理器402通過一個CRT404就這些狀況警告當(dāng)?shù)毓ぷ魅藛T?？梢岳斫猓?dāng)?shù)毓ぷ魅藛T通訊的其它方法，如打印機也可很容易地使用。微處理器402還使性能改變參數(shù)被傳送到發(fā)射接收器406，它和當(dāng)?shù)赝ㄓ嵖刂破?04一起與發(fā)射接收器539進行通訊。關(guān)于這一點，發(fā)射的數(shù)據(jù)被發(fā)射接收器539接收并由當(dāng)?shù)赝ㄓ嵖刂破?04存貯在內(nèi)部，以調(diào)整井底機動泵濾筒部件13和脈沖控制部件502的性能。
現(xiàn)參照圖6詳細討論通訊網(wǎng)絡(luò)410，通訊網(wǎng)絡(luò)410通常包括一個發(fā)射接收器416，一個完全雙向調(diào)制解調(diào)器417，一個天線415和一個提供電源的電源418。發(fā)射接收器416通過導(dǎo)線416A和導(dǎo)線415A被連接到調(diào)制解調(diào)器417和天線415之間。電源418通過導(dǎo)線對418A和418B被連接到發(fā)射接收器416和調(diào)制解調(diào)器417上。上面結(jié)合圖6和7描述的泵控制系統(tǒng)9被設(shè)計成能允許當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)控中心，如控制監(jiān)控中心11，監(jiān)控多個直線直流機動泵系統(tǒng)，如位于其地理區(qū)域以內(nèi)的系統(tǒng)10，這樣在檢測到不正常狀況時維修人員可被立即派遺以盡快解決問題。以這樣的方法，任何給定井的停機時間大大減少，因而增加了井的總產(chǎn)量。監(jiān)控中心的人員還被通知與系統(tǒng)9有關(guān)的所有油井中的性能，運行問題、井狀況、和廢棄情況或潛在故障。這給總部運行提供一個極有價值的管理工具。監(jiān)控中心11的工作人員可以密切監(jiān)控基本上與系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)的所有油井。性能趨勢由此可以被檢測到并可修正準(zhǔn)確的預(yù)測以備在企業(yè)計劃中使用。
現(xiàn)參考圖5詳細考慮電機控制器12的電機控制部件600，電機控制部件600通常包括一個電源開關(guān)控制部件604以控制電源開關(guān)組603的開啟，電源開關(guān)組包括一系列電源開關(guān)608，609和610以將送到井底的脈沖電荷引導(dǎo)到所選擇的脈沖線圈612、613和614上。電源開關(guān)組603被連接到脈沖線圈612-614和濾波器網(wǎng)絡(luò)622之間，622將高電壓脈沖信號傳到電源開關(guān)組603，這將在以后詳述。
為了隔離在導(dǎo)線525D中在井底傳送的高電壓脈沖與低電壓控制信號，電機控制部件還包括一個光源隔離器601。光源隔離器601通過一對導(dǎo)線601A和601B將低電壓直流電源連接到電源開關(guān)組603上并且將低電壓信息連接到發(fā)射接收部件605。發(fā)射接收部件605類似于部件524A，在這不進一步描述。
為了解調(diào)和調(diào)制為通過電纜19發(fā)射用的信息信號，電機控制部件600還包括一個信號控制部件606。信號控制部件606在這以后將詳述，它包括一個調(diào)頻的調(diào)制器/解調(diào)器(沒表示)用以解調(diào)信息信號。
運行時，電機控制部件600接收來自井表面電機控制部件500的高壓脈沖并將這些高壓脈沖接到和電機26相關(guān)的合適的脈沖線圈上。開關(guān)的定序是經(jīng)過信號多路傳輸控制部件602在通訊控制器504的控制下靠開關(guān)控制部件603驅(qū)動的。可以理解，盡管如最佳實施例中所示的電機控制器12被部分放置在井底電機控制部件600的井底中、并且部分在電機控制部件500的表面，那些熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以將整個電機控制器12在井底放入機動泵濾筒部件13中。這當(dāng)然需要使濾筒部件的外殼明顯地更長些以容納附加的電部件，但這樣的安排對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很熟悉的。
現(xiàn)詳細考慮濾波器網(wǎng)絡(luò)622，濾波器網(wǎng)絡(luò)622通常包括一個允許高頻電源信號被連接到電源開關(guān)組603的濾波器網(wǎng)絡(luò)。濾波器網(wǎng)絡(luò)622通過一對導(dǎo)線622A和622B被連接到同軸導(dǎo)線524D和電源開關(guān)組603上。
現(xiàn)詳細討論直流電源隔離器601，隔離器601保護配置在機動泵濾筒部件13中的電子部件免受過高電壓信號的作用。隔離器601通過同軸導(dǎo)線525A、525B和導(dǎo)線602A、602B被連接到控制電纜19和發(fā)射接收器605之間。
現(xiàn)詳細討論信號控制部件606，信號控制部件606在其輸入線(如線602C和D)上接收分別來自傳感器616、617、618和621的井底傳感器信號，將其傳輸給表面到控制器504上。一個多路傳輸裝置(未示出)調(diào)節(jié)輸入電壓并且多路傳輸多個輸入線，如線616A、617A、618A和621A，一直到較小數(shù)目的一些線。
為了將傳感器驅(qū)動信號與線圈選擇信號分開，信號控制部件606還包括一個信號分離器(未示出)。信號分離器被連接到傳感器，如傳感器616、617、618和621(通過導(dǎo)線616A、617A、618A和621A)和線圈開關(guān)部件604(通過導(dǎo)線604A)之間。
現(xiàn)詳細討論開關(guān)組603，開關(guān)組603基本上類似于電源開關(guān)組528。電源開關(guān)組603接收來自濾波網(wǎng)絡(luò)622的直流放電脈沖并利用這個信號產(chǎn)生一個電-磁力以使磁電樞30以往復(fù)的方式運動。開關(guān)組603通常包括電源開關(guān)608、609和610，它們基本上與電源開關(guān)521、522和523相同。開關(guān)608、609和610由導(dǎo)線對622A和622B將它們的輸入端相互連接在一起，同時開關(guān)608-610的輸出被分別連接到脈沖線圈612、613和614上。配置在電機26中的每個脈沖線圈有一個開關(guān)。開關(guān)608通過導(dǎo)線612A和B被連接到脈沖線圈612上;開關(guān)609通過導(dǎo)線613A和B被連接到脈沖線圈613上;開關(guān)610通過導(dǎo)線614A和B被連接到脈沖線圈614上。
現(xiàn)參考圖5詳細討論線圈開關(guān)部件604，線圈開關(guān)部件604包括一個信號分離器(未示出)以將線圈選擇信號分離成各自的控制信號，以控制各自電源開關(guān)608、609、和610的開啟。關(guān)于這一點，線圈開關(guān)部件604分別通過一系列導(dǎo)線604A、604B和604C被連接到每個電源開關(guān)608-610上。
線圈開關(guān)部件604還包括一個開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(未示出)，它使每個相應(yīng)控制信號被連接到對應(yīng)的電源開關(guān)上。
在本發(fā)明的最佳實施例中，只有3個脈沖線圈，如612、613和614，它們要能獲得一個足以從井中抽吸井底液體的往復(fù)運動?？梢岳斫猱?dāng)需要更大的抽吸能力時，可以加入其它的脈沖線圈開關(guān)部件。
雖然本發(fā)明的幾個特殊實施例已被公開，但可以理解，各種不同的改變是可能的并可預(yù)料是在附屬的權(quán)利要求的真正構(gòu)思和范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明并不局限于這里公開的摘要或說明書。
權(quán)利要求
1.一個把油井液從井底抽吸到地表面的系統(tǒng)包括一個表面監(jiān)控站，以與多個遙遠的井底機動泵裝置通訊；所說的機動泵裝置，每個包括一個井底機動泵濾筒部件以將井液抽運到地表面，和一個表面電機控制器以控制配置在所說機動泵濾筒部件中的直線直流電機；所說的直線直流電機靠載有高壓直流脈沖的控制電纜連接到所說的表面控制器上，以使在所說的直線直流電機中的電樞裝置直線運動以便進行液體抽吸；和，所說的控制電纜還同時攜帶低電壓頻率調(diào)制的載波信號，以與井底電機控制電部件通訊，該電部件配置在所說的機動泵濾筒部件中以將所說的高電壓脈沖連接到從多個定子脈沖線圈之中選擇出的一些線圈上，以使所說的電樞裝置直線運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的抽吸油井液的系統(tǒng)，其中所說的控制電纜被連接到所說的機動泵濾筒部件上，以通過從地面向下延伸到液體可被從井中抽吸的深度的生產(chǎn)管道的中空的內(nèi)部放下和提升濾筒部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的抽吸油井液的系統(tǒng)，其中所說的生產(chǎn)管道在井底連接到濾筒套裝置上，該濾筒套裝置適合于在所說套裝置的中空內(nèi)部在一個固定的井底位置容納機動泵濾筒部件，所說的套裝置與從井中抽吸的液體保持液體溝通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的抽吸油井液的系統(tǒng)，其中所說的濾筒套裝置包括一個密封底座，以支撐在固定位置的機動泵濾筒部件;所說的密封底座與所說的機動泵濾筒部件配合作用以基本上隔斷在所說套裝置和欲從井中抽吸的液體之間除了通過所說的機動泵濾筒部件之外的液體連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的抽吸油井液體的系統(tǒng)，其中所說的機動泵濾筒部件包括泵裝置以通過所說機動泵濾筒的一部分抽吸井液;所說的泵裝置包括一個泵室以容納欲從井中抽吸的一定數(shù)量的井液;限定一進口的裝置以在所說的室和欲從井中抽吸的液體之間形成液體連通，并控制液流進入和流出所說室;限定一出口的裝置以在所說室和所說套裝置的中空內(nèi)部之間形成液體連通;和活塞裝置以在所說室內(nèi)往復(fù)移動來通過限定一個進口的所說裝置和限定一個出口的所說裝置抽吸井液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的抽吸井液的系統(tǒng)，其中所說的機動泵濾筒部件包括一個配置在所說直線直流電機和所說抽吸裝置之間的密封部件，以防止抽吸室中的井液與所說的直線直流電機中空內(nèi)部的潤滑油發(fā)生液體連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的抽吸電井液的系統(tǒng)，其中所說的機動泵濾筒部件包括一個壓力補償器以維持直線直流電機內(nèi)的油壓高于由泵所產(chǎn)生的液壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的抽吸井液的系統(tǒng)，其中所說的機動泵濾筒部件有一個單元式的結(jié)構(gòu)并包括一個直線直流電機和一個活塞桿泵以將井液抽吸到地表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的抽吸井液的系統(tǒng)，其中所說的機動濾筒部件進一步包括一壓力補償器以維持在所說直線直流電機中的液體壓力高于由所說泵產(chǎn)生的液體壓力。
10.一種控制井底直線直流電機的方法，其特征在于以下步驟用高壓直流電源按順序給一系列電容充電;當(dāng)已充分充電時，按順序放電以產(chǎn)生多個高壓直流脈沖;用包含有脈沖線圈開啟信息的廣播頻率調(diào)制的載波信號向井底傳送所說的高電壓直流脈沖;根據(jù)所說的載波信號門控所說的高電壓直流脈沖至一系列脈沖線圈中的被選擇的一些脈沖線圈上;響應(yīng)于接收所說高壓脈沖的被選擇的脈沖線圈，以往復(fù)的方式移動電樞裝置;并且，改變所說高壓直流脈沖的極性以使所說的電樞裝置以相反的往復(fù)方式移動。
11.一種用于井底的液體抽吸設(shè)備，包括一個外殼，生產(chǎn)管道布置于其中并向下延伸至井液可從井中抽吸的深度，并且外殼部件被連接到生產(chǎn)管道上而且與生產(chǎn)管道液體連通，外殼部件有一個中空的內(nèi)部和一個進口以允許井液進入所說外殼的中空內(nèi)部，該設(shè)備包括一個泵濾筒部件，它配置在所說外殼部件中以通過所說的進口排放吸收的井液使之進入所說外殼的內(nèi)部，然后進入生產(chǎn)管道，所說泵濾筒有一個抽吸室，一個進口以接收井液進入所說抽吸室，和一個出口以從所說抽吸室向所說外殼裝置的中空內(nèi)部排放井液;嚙合裝置，以將所說泵濾筒可拆卸地連接到所說的外殼裝置上，及將所說外殼裝置的入口可拆卸地連接到所說泵濾筒入口以將井液容納于所說抽吸室中;和便于在生產(chǎn)管道中提升和下放所說泵濾筒以及便于將所說的泵濾筒連接到所說外殼上的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的液體抽吸設(shè)備，其中所說的外殼裝置是一個具有細長中空結(jié)構(gòu)的外殼部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的液體抽吸設(shè)備，其中所說外殼部件的尺寸應(yīng)使其內(nèi)部寬度明顯大于所說生產(chǎn)管道的內(nèi)部直徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的抽吸設(shè)備，其中所說的泵濾筒具有一個中空內(nèi)部，一個泵和一個直線電機配置于其中，所說的泵和直線電機相互配合以允許有足夠力的抽吸作用將井液從所說泵濾筒的抽吸室排入所說外殼裝置的中空內(nèi)部，并因此進入生產(chǎn)管道達到一高度，這一高度就是所說井液將從生產(chǎn)管道中排出的高度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的抽吸設(shè)備，其中所說直線電機是一個直流直線電機。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的泵設(shè)備，其中所說的便利在生產(chǎn)管道中提升和下放所說泵濾筒的裝置包括向所說直線電機供應(yīng)直流電的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的抽吸設(shè)備，其中所說泵是一活塞桿泵。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的油井抽吸設(shè)備，其中所說的活動裝置靠一個桿連接到所說的泵上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的抽吸設(shè)備，其中所說的活動裝置包括連結(jié)裝置以可移動地連接所說的桿到其上。
20.根據(jù)權(quán)利要求11的抽吸設(shè)備，其中所說的濾筒裝置具有一細長的中空結(jié)構(gòu)，其直徑略小于所說生產(chǎn)管道的內(nèi)部直徑，以允許濾筒在所說生產(chǎn)管道中滑動地提升或下放。
全文摘要
一種用以監(jiān)控和控制井底直線直流機動泵裝置的新的和改進的控制系統(tǒng)，以及使用該系統(tǒng)以產(chǎn)生一個充分的往復(fù)抽吸運動通過井生產(chǎn)管道把井液提至地面的方法。包括一個表面監(jiān)控站，它與多個遙遠的井底機動泵裝置進行無線電通訊。每個機動泵裝置有一個表面電機控制器，一個井底機動泵濾筒部件。機動泵濾筒部件可在生產(chǎn)管道中靠控制電纜提升或下降，以便機動泵濾筒部件的修理或更換。機動泵裝置還包括多個傳感器以監(jiān)控井下的狀況以及機動泵濾筒部件的效率。
文檔編號F04B17/04GK1067713SQ91104748
公開日1993年1月6日 申請日期1991年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月10日
發(fā)明者納爾遜·B·埃斯奎, 萬斯·E·博爾丁, 霍華德·C·霍恩斯比 申請人:納爾遜·B·埃斯奎