專利名稱：通過使用變速驅(qū)動器確定轉(zhuǎn)速來減小泵停機時間的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明 一般地涉及電控制系統(tǒng)，以及更具體地涉及在用于電潛水泵的變速驅(qū)動器中實施用于確定泵何時可以被重新啟動的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
通常通過在油田中鉆井，隨后通過這些井將油從油田中泵出來，由此產(chǎn)出原油。通常，使用電潛水泵從井中泵出油。電功率被提供給井表面處的電驅(qū)動系統(tǒng)，并且這些驅(qū)動系統(tǒng)提供所需的電功率給井下泵。
盡管井下泵被設計為連續(xù)運行，但是它們遭遇可能由多種不同原因?qū)е碌闹袛?。例如，井狀況的變化(例如，油井中的瓦斯的出現(xiàn))可能導致泵停止運行。提供給泵的驅(qū)動系統(tǒng)的功率的中斷或變化也可能導致泵的運行中斷。即使泵運行中的這些中斷相對較短，但是它們卻可能是非常具有破壞性的，尤其是當泵是在深井中運行的潛水泵時。
這些中斷可能是非常具有破壞性的，這是因為必須適于井并因而又長又窄的潛水泵具有非常小的慣性。因此，當導致中斷的狀態(tài)發(fā)生改變時，這些泵與具有更大慣性的泵(例如，地面泵)相比非?？斓芈聛砘蛲Ｖ?。由于泵上的大的液柱，因此泵的減速在深井中更加顯著。 一般來說，當泵的運行被中斷長于大約半秒鐘時，泵將開始反向旋轉(zhuǎn)。
通常，存在某個速度，低于該速度時由泵產(chǎn)生的壓力不足以支持液柱。當泵的旋轉(zhuǎn)降低到低于該速度時，液體開始通過井和泵后退，顯著地增加恢復向前旋轉(zhuǎn)該泵所需的轉(zhuǎn)矩。盡管可能符合該泵電機的速度，降低其反向旋轉(zhuǎn)并再次使其開始向前旋轉(zhuǎn)，但是這通常需要大量轉(zhuǎn)矩。能夠由該泵系統(tǒng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩可能被如下的因素限制，例如，用于泵電機的驅(qū)動器的輸出、向井下運送功率的電纜的阻抗等，因此重新啟動泵電機可能需要高于系統(tǒng)能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。因此，通常必須停止泵并且在泵能夠被重新啟動之前等待從井中排出液柱。在一些情況下，液柱排回到巖層中所需的時間可能是幾分鐘，然而在其他情況下，可能花費超過一個小時。
通常，當需要重新啟動泵時，操作員等待預定的時間段，隨后重新啟動泵。通常通過將液體完全從井中排出所需的時間量與安全裕度
(例如，額外的25%)相加來確定該等待時間段。因為每個井一天一般可能產(chǎn)生數(shù)百或甚至數(shù)千桶油，所以與泵停止以及重新啟動之間的延遲有關(guān)的花費可能非常高。因此需要最小化泵停止時間和泵重新啟動時間之間的延遲。

發(fā)明內(nèi)容
本公開涉及使用變速驅(qū)動器來重新啟動井下電潛水泵電機的系統(tǒng)和方法，解決一個或多個上述討論的問題。在一個具體實施例中，使用變速驅(qū)動器來控制井中所使用的井下電潛水泵。變速驅(qū)動器包括控制系統(tǒng)，其被配置為檢測泵系統(tǒng)運行中的中斷。如果控制系統(tǒng)檢測到需要重新啟動泵電機的功率中斷或一些其他中斷，則該控制系統(tǒng)確定泵電機的反向轉(zhuǎn)速以及在該速度足夠低時重新啟動電機。在該實施例中，控制系統(tǒng)被配置為降低變速驅(qū)動器的輸出電壓以及掃過輸出頻率的范圍來確定電機汲取的電流最低時的頻率。該頻率是電機的視在阻抗最高時的頻率，表示變速驅(qū)動器的輸出的頻率與電機的速度匹配。從該頻率可以知道電機的反向轉(zhuǎn)速，因此控制系統(tǒng)確定速度是否足夠低至泵系統(tǒng)具有足夠的轉(zhuǎn)矩來重新啟動。如果速度足夠低，則電機被重新啟動。否則，控制系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)控電機的速度并在其速度被確定為足夠低之后重新啟動該電機。
一個實施例包括一種重新啟動井下泵的方法。方法包括確定泵電機的反向轉(zhuǎn)速，確定該速度是否足夠低至重新啟動電機，以及在速度足夠低的情況下重新啟動電機。閾值速度可以被用來測量電機的反向轉(zhuǎn)速是否足夠低至重新啟動電機?？梢皂憫跈z測到需要重新啟動井下泵電機的井下泵的運行中的中斷來實施該方法。例如，井狀況中的變化或至驅(qū)動電機的變速驅(qū)動器的功率的中斷可能導致電機的正向轉(zhuǎn)動降低，甚至于反向轉(zhuǎn)動。盡管功率中斷，可以執(zhí)行跨越
(ride-through)處理來試圖維持泵操作，但是如果這些處理不成功，則將進行根據(jù)上述方法的電機速度的檢測以及電機的重新啟動。
在一個實施例中，泵電機的反向轉(zhuǎn)速是通過減小變速驅(qū)動器的輸出電壓、在輸出頻率的范圍運行該驅(qū)動器以及確定哪個頻率是電機汲取電流最低所在的頻率來確定的。在該頻率，電才幾的4見在阻抗最高，表示變速驅(qū)動器的頻率匹配電機的速度。當頻率已知時，可以確定電機是否可以被重新啟動。在一個實施例中，當速度下降到閾值(低于該閾值，泵系統(tǒng)具有足夠的轉(zhuǎn)矩來重新啟動)之下時，電機重新啟動。在另一實施例中，在速度接近0時電積"故重新啟動。
另一實施例包括變速驅(qū)動器，其被配置為驅(qū)動井下泵電機。變速驅(qū)動器包括控制系統(tǒng)，其被配置為確定泵電機的反向轉(zhuǎn)速、確定該速度是否足夠低至重新啟動電機以及如果可能則重新啟動電機。例如，變速驅(qū)動器可以在該電機的反向轉(zhuǎn)速下降至低于閾值(低于該閾值，泵系統(tǒng)具有足夠的轉(zhuǎn)矩來重新啟動)之下時重新啟動泵電機。該處理可以響應于泵運行的中斷(例如，至變速驅(qū)動器的功率的中斷)開始
處理之后,各種其他實施例也是可能的。
本發(fā)明的各種實施例可以提供相對于現(xiàn)有技術(shù)的多個優(yōu)點。例如，呈現(xiàn)的系統(tǒng)和方法可以減小在試圖重新啟動泵電機之前必要的等待時間量。等待時間的減小降低了由于泵運行中的中斷導致的損失的產(chǎn)量。還提供了其他優(yōu)點。


本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將由于閱讀下面的具體描述和參考附圖而顯而易見。
圖1是示出了根據(jù)一個實施例的電潛水泵和控制系統(tǒng)的示意圖。
圖2是示出了根據(jù)一個實施例的包括變速驅(qū)動器和泵的系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu)的功能框圖。
圖3是示出了根據(jù)一個實施例的確定泵速度和后續(xù)重新啟動泵的流程圖。
圖4是示出了根據(jù)一個實施例的變速驅(qū)動器能夠確定泵速度的算法的流程圖。
盡管本發(fā)明可經(jīng)受各種變型和替換形式，但是僅通過圖中的示例和附屬具體描述示出了特定實施例。然而應該理解圖和具體描述不旨在將本發(fā)明限制于所描述的特定實施例。本公開相反旨在覆蓋由附屬權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有變型、等同物和替換物。
具體實施例方式
下面描述了本發(fā)明的一個或多個實施例。應該注意下面描述的這些和任何其他實施例是示例性的，并且旨在示出本發(fā)明而不是用于限制本發(fā)明。
如在此所描述的，本發(fā)明的各種實施例包括系統(tǒng)和方法，用于在泵的正常運行中斷之后使用變速驅(qū)動器確定電潛水泵轉(zhuǎn)速，從而確定何時能夠以最小延遲重新啟動所述泵，而不必等待可能長于必要的時間長度。在一個實施例中，使用變速驅(qū)動器控制在井中使用的井下電潛水泵。變速驅(qū)動器包括整流器和逆變器部分，以及電容器組和控制系統(tǒng)。
驅(qū)動器接收AC輸入功率(遭受中斷和/或變化)以及產(chǎn)生適于驅(qū)動泵的輸出功率。驅(qū)動器被配置為檢測所提供的AC功率中的中斷，如果可能則跨越這些中斷，從而防止否則在泵的正常運行中將會經(jīng)歷的至少一些中斷。
在該實施例中，如果變速驅(qū)動器檢測到輸入功率的中斷，或者如果在輸入功率線上存在超過閾值水平的電壓降低，這意味著跨越事件的開始。 一旦檢測到跨越事件的開始，驅(qū)動器的控制系統(tǒng)關(guān)閉驅(qū)動器的整流器部分以及從電容器組汲取能量以繼續(xù)逆變器部分的運行，從而繼續(xù)為泵提供功率。如果輸入線上的中斷結(jié)束(或者如果線路開始恢復到其正常電壓)，則意味著跨越事件的結(jié)束。如果跨越事件短至足以維持泵的操作，則控制系統(tǒng)以受控的方式恢復整流器的運行，以避免可能損壞驅(qū)動器的電流的突然涌入。該控制系統(tǒng)使驅(qū)動器緩慢地為電容器組再充電并返回到正常運行狀態(tài)。
在驅(qū)動器運行停止(例如，由于改變井狀態(tài)或功率中斷)之后，泵的正向轉(zhuǎn)動減慢，隨后隨著井中的液柱向下通過泵排出并進入巖層而反向。為了確定泵的反向轉(zhuǎn)速，驅(qū)動器被控制產(chǎn)生輸出驅(qū)動信號至具有相對較低的電壓和變化的頻率的泵電機。信號的頻率掃過與反向泵電機速度的范圍相對應的范圍。當驅(qū)動信號的頻率與泵電機的頻率匹配時，電機的視在阻抗將增加到最大值，使得驅(qū)動器的輸出電流降低到最小。當驅(qū)動器識別出輸出電流基本上降低到其最小值時，則知道驅(qū)動器速度匹配電機速度。
應該注意此處使用的"基本上"表示不必確定所描述屬性的確切值。例如，不必確定對應于最小電機電流的確切頻率-就足以確定最小電流附近的頻率(即，基本上最小化電流或基本上最大阻抗的頻率)。
如果泵系統(tǒng)具有足夠的轉(zhuǎn)矩來以確定的速度重新啟動，則其可以立即被重新啟動。如果系統(tǒng)沒有足夠轉(zhuǎn)矩來立即重新啟動，則驅(qū)動器繼續(xù)匹配電機速度直到電機速度降低至低于閾值水平，在該闞值水平，泵系統(tǒng)具有足夠的轉(zhuǎn)矩來恢復泵的正向轉(zhuǎn)動并支持井中的液柱。 隨后泵可以被重新啟動。可替換地，驅(qū)動器可以繼續(xù)匹配電機速度直 到確定該電才幾已經(jīng)4亭止，在該點處泵可以:被重新啟動。應該注意，如 果驅(qū)動器掃過泵電機可以旋轉(zhuǎn)的頻率范圍并且沒有檢測到輸出電流 的任何降低，則可以假定泵已經(jīng)停止旋轉(zhuǎn)并且可以被正常地重新啟 動。
參考圖1，示出了根據(jù)一個實施例的電潛水泵和控制系統(tǒng)的示意
圖。在該實施例中，變速驅(qū)動器110耦合到電潛水泵120。泵120位 于已經(jīng)被鉆入到含油地質(zhì)結(jié)構(gòu)140中的井眼130中。井眼130被封住 并且在井的下端被穿孔以允許油從巖層流入到井中。
泵120耦合到油管柱150的端部。泵120和油管柱150 ,皮降低到 井眼中以將泵定位在井的生產(chǎn)部(即，穿孔部分)。泵120隨后被操 作以將油從井的生產(chǎn)部通過油管柱150泵至井口 151。油隨后通過產(chǎn) 品流動線路152流出并流入存儲罐(圖中未示出)。
泵120包括電才幾部121和泵部122。(應該注意泵120可以包括 在此沒有詳細描述的各種其他部件，因為它們在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的 并且對于本發(fā)明的討論并不重要)。電機部121被操作以驅(qū)動泵部l22, 其實際上將油通過油管柱泵出并泵到井外。在該實施例中，電機121 使用被變速驅(qū)動器IIO驅(qū)動的感應電機。變速驅(qū)動器IIO通過輸入線 111接收來自諸如發(fā)電機(圖中未示出)的外部源的AC (交流)輸 入功率。驅(qū)動器IIO對AC輸入功率進行整流，隨后產(chǎn)生適于驅(qū)動泵 120的電機部121的輸出功率。該輸出功率通過沿油管柱向下進入到 井眼的驅(qū)動輸出線112提供至電機部121。
參考圖2，示出了根據(jù)一個實施例的包括變速驅(qū)動器和泵的系統(tǒng) 的通用結(jié)構(gòu)的功能框圖。變速驅(qū)動器110包括整流器部分210和逆變 器部分220。整流器部分210的目的是對從外部功率源接收到的AC 電壓進行整流。整流器部分210產(chǎn)生通過LC濾波器的DC功率。由 整流器部分210產(chǎn)生的DC電壓將耦合到總線240的電容器組充電至 期望電壓。通過控制整流器部分210的運行來實現(xiàn)期望的電壓?？偩€240上的電壓隨后被用來驅(qū)動逆變器部分220。逆變器部分220的目 的是以指定方式將總線電壓連接到輸出端以產(chǎn)生各種輸出波形。可能 由逆變器部分220產(chǎn)生的輸出波形的類型的示例在美國專利第 6,043,995號中有更詳細的描述。由逆變器部分220產(chǎn)生的輸出功率可 以被濾波，隨后通過輸出線提供給泵電機122，其隨后驅(qū)動泵121。
整流器部分210和逆變器部分220根據(jù)從變速驅(qū)動器的控制系統(tǒng) 230接收到的控制信號來運行。例如，控制系統(tǒng)確定整流器部分的SCR (硅可控整流器)導通或"激發(fā)，，的時序。該時序確定輸入線上的外部 電壓何時施加于總線以及施加多久，由此控制總線電壓。如果在輸入 線電壓變成正的時立刻導通SCR，則SCR將被導通最大時間量，這 使得總線電壓向其最大值移動。如果SCR的導通被延遲，則它們將 被導通的時間量低于最大時間量，以及將得到較低的總線電壓。變速 驅(qū)動器的控制部類似地控制逆變器部分220的運行?？刂撇窟x擇期望 的輸出模式(例如，標準PWM模式、6步模式或混合模式)，以及 通過改變適當?shù)囊蛩貋碚{(diào)節(jié)輸出電壓。例如，在PWM才莫式中，通過 在最早的時間激發(fā)SCR來將總線電壓設置為最大，以及通過調(diào)節(jié)輸 出波形的比例因子(所謂的調(diào)制指數(shù))來控制輸出電壓。在混合或6 步模式中，比例因子被設置為百分之百，以及輸出電壓由被SCR的 激發(fā)所控制的總線電壓確定。在所有三種模式中，輸出頻率(從而泵 的速度)是輸出電壓的函數(shù)。
控制系統(tǒng)的另一功能是執(zhí)行與泵運行的中斷有關(guān)的算法。這些算 法可以執(zhí)行處理以跨越功率擾動和/或在中斷泵的運行之后以最小的 延遲重新啟動泵。應該注意，不需要在所有實施例中實施跨越算法。 還應該理解，泵運行中的中斷可以由除了簡單的功率中斷之外的各種 原因產(chǎn)生。
在該實施例中，如果變速驅(qū)動器檢測到輸入功率的中斷，或者如 果在輸入功率線上存在超過閾值水平的電壓降低，則這意味著跨越事 件的開始。 一旦檢測到跨越事件的開始，驅(qū)動器的控制系統(tǒng)關(guān)閉驅(qū) 動器的整流器部分并從電容器組汲取能量以繼續(xù)逆變器部分的運行，從而繼續(xù)向泵提供功率。如果輸入線上的中斷結(jié)束(或如果該線開始 返回到其正常電壓)，則這意味著跨越事件的結(jié)束。如果跨越事件短 至足以維持泵的運行，則控制系統(tǒng)以受控方式恢復整流器的操作，以 避免否則將損壞驅(qū)動器的電流的突然涌入。控制系統(tǒng)使得驅(qū)動器緩慢 地為電容器組再充電并返回到正常運行狀態(tài)。
如果輸入線上的中斷特別長，則變速驅(qū)動器將不能跨越事件，并 且必須重新啟動該泵。因此驅(qū)動器執(zhí)行算法來確定泵的速度并且在中
斷之后以最小延遲重新啟動該泵。參考圖3，示出了確定泵速度和后 續(xù)重新啟動泵的流程圖。開始，變速驅(qū)動器正常運行，接收外部AC 功率，將其轉(zhuǎn)換為DC功率，隨后以適于以期望速度驅(qū)動泵電機的電 壓和頻率產(chǎn)生輸出AC功率。在塊310，至變速驅(qū)動器的功率中斷。 假設中斷足夠長以至驅(qū)動器不能跨越中斷并維持適當輸出電壓以繼 續(xù)驅(qū)動泵電機。在某個點，至驅(qū)動器的功率被恢復(塊320 )，以及 驅(qū)動器的控制系統(tǒng)執(zhí)行算法(從塊330開始)從而以最小延遲重新啟 動泵。
當驅(qū)動器的控制系統(tǒng)確定已經(jīng)存在中斷(不論其是功率中斷還是 其他原因)時，必須確定泵的轉(zhuǎn)速。如上所述，如果液體過于迅速地 被排回井中并使泵迅速地反向旋轉(zhuǎn)，則泵可能不能夠建立足夠的轉(zhuǎn)矩 來支持井中的液柱。因此，有必要確定泵速度以確定泵是否能夠被重 新啟動。確定泵的速度的方式將在下面結(jié)合圖4更詳細地描述。
當已經(jīng)確定了泵的速度時，控制系統(tǒng)確定速度是否低于閾值(塊 340)。在高于該閾值的速度，泵不具有足夠轉(zhuǎn)矩來重新啟動。如果 泵的速度低于該閾值，則泵能夠建立足夠的轉(zhuǎn)矩，因此其被重新啟動 (塊360)。如果泵的速度不低于閾值，則驅(qū)動器匹配泵的速度(塊 350 )，從而當泵減速時跟蹤速度。驅(qū)動器周期地將泵的速度與闞值 速度進行比較(塊340)以確定泵是否能夠被重新啟動。這將繼續(xù)直 到泵的速度低于如下閾值，在所述閾值處，泵被重新啟動(塊360)。
應該注意，閾值頻率可以是靜態(tài)值或變量。在一個實施例中，可 以考慮各種可能影響重新啟動泵的能力的因素(其可能隨著個案不同而變化)以及計算相應的閾值。如果在特定情況下一些因素是變化的， 則可以通過假設重新啟動泵的最壞情況條件來保守地計算靜態(tài)值?？?替換地，驅(qū)動器的控制系統(tǒng)可以被配置為基于現(xiàn)有條件來動態(tài)計算閾 值。
參考圖4，示出了算法的流程圖，通過該方法變速驅(qū)動器能夠確 定泵的速度。在該實施例中，驅(qū)動器的輸出電壓首先被降低至基本上 小于由驅(qū)動器所產(chǎn)生的典型運行電壓的電平(塊410)。例如，如果 驅(qū)動器正常提供480伏特輸出，則輸出可以被減小至40，或甚至4伏 特。因為當驅(qū)動器的輸出不匹配泵的速度時泵電機的視在阻抗非常 低，因此輸出電壓被減小。如果使用正常輸出電壓(例如480伏特)， 則驅(qū)動器的輸出電流可能因此而危險地高，并且驅(qū)動器可能被損壞。
驅(qū)動器的輸出的頻率開始被設置為最小值(塊420)。在一些實 施例中，該最小值可以是幾赫茲(Hz)。在其他實施例中，其可以不 同。驅(qū)動器輸出的頻率隨后從最小頻率掃至最大頻率以確定驅(qū)動器輸 出電流"驟降(dip)，，時的頻率。在圖4的實施例中，這是通過確定連 續(xù)頻率處的輸出電流并將測量的電流進行比較以識別頻率匹配(或非 常接近匹配)泵電機的速度處的驟降來實現(xiàn)的。
再參考圖4，確定初始頻率(例如3-5Hz)處的驅(qū)動器的輸出電 流(塊430)。隨后，驅(qū)動器的輸出頻率被增加到稍高的頻率(塊440) 并且確定新頻率處的輸出電流(塊450)。隨后比較兩個輸出電流以 確定電流是否隨著頻率的變化而降低(塊460)。通常，驅(qū)動器的輸 出電流將保持相對恒定(假設輸出電壓恒定)直到頻率在泵電機速度 的0.5-1.0 Hz之內(nèi)。因此，如果驅(qū)動器的輸出電流隨著頻率的變化而 降低，則可以假設新頻率幾乎與泵電機的速度相同(在0.5-1.0Hz )。
在塊460，如果輸出電流沒有隨著頻率的增加而減小，則可以假 設頻率的掃描還沒有達到對應于當前泵速度的頻率。因此，算法循環(huán) 返回，增加驅(qū)動器輸出的頻率(塊440),確定對應于新頻率的輸出 電流(塊450)，以及再次測試電流以確定其是否從與先前頻率相關(guān) 聯(lián)的電流降低(塊460)。該算法因此在塊440-460之間循環(huán)，直到驅(qū)動器的輸出頻率達到對應于當前泵速度的頻率。
如上所述，在驅(qū)動器的控制系統(tǒng)中執(zhí)行用于確定泵速度并重新啟動泵的算法。該控制系統(tǒng)可以包括任何適合類型的用于執(zhí)行控制程序的指令的數(shù)據(jù)處理器，以及一些類型的用于存儲指令的計算機可讀介質(zhì)。還應該注意，本發(fā)明的一個實施例可以包括控制程序本身。
還應該注意，上面結(jié)合圖3和4所描述的實施例是示例性的，以及在替換實施例中，許多變型是可能的。例如，圖3的算法假設驅(qū)動器運行的中斷已經(jīng)足夠長以使得泵開始反向旋轉(zhuǎn)。在替換實施例中，算法可以被設計為確定泵速度，而不論泵是否已經(jīng)反向旋轉(zhuǎn)。 一個替換實施例例如可以掃過與泵的反向旋轉(zhuǎn)和正向旋轉(zhuǎn)相對應的可能頻率的整個范圍。另 一替換實施例可以包括確定驅(qū)動器是否已經(jīng)中斷相對短時間段的機制。如果中斷較短，則控制系統(tǒng)可以掃過對應于泵的正向和反向旋轉(zhuǎn)的頻率。如果中斷相對較長，則控制系統(tǒng)可以筒單地掃過對應于泵的反向旋轉(zhuǎn)的頻率。
在替換實施例中可以進行的其他變型也涉及驅(qū)動器掃過頻率的方式。在結(jié)合圖3和4所述的實施例中，頻率從最小頻率掃至最大頻率。另一方面，頻率可以以相反的順序掃過(以最大頻率開始并以最小頻率結(jié)束)?？梢詤⒖急玫恼蚝头聪蛐D(zhuǎn)來應用最小至最大或最大至最小頻率的替換方案。
其他可能的變型與識別對應于匹配泵的旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動器輸出頻率的驅(qū)動器的輸出電流中的"驟降，，有關(guān)。在上述實施例中，比較與連續(xù)增加的頻率相關(guān)的輸出電流以確定電流何時降低(該驟降對應于泵電機的頻率)。在另一實施例中，可以比較對應于連續(xù)頻率的輸出以確定較高頻率處的電流大于較低頻率處的電流。這表示電流中的驟降剛剛經(jīng)過(即，兩個頻率中的較低者對應于泵電機速度)。在其他實施例中，可以掃描頻率的整個范圍，以及該范圍中的最小輸出電流(以及對應的頻率)可以;故識別。
在其他變型中，可以通過隨著驅(qū)動器輸出的頻率掃過可能的頻率范圍而檢查系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩來確定泵電機的速度。隨著頻率的變化，將會看到轉(zhuǎn)矩在匹配泵電機的速度的頻率處改變極性?？梢允褂妙愃朴谏厦嫠玫淖R別泵電機電流中的驟降的方法來識別極性改變。
對于本領域的技術(shù)人員來說，對于上面實施例的多種其他變型都是顯而易見的。
本領域的技術(shù)人員應該理解結(jié)合在此所公開的實施例所描述的一些示例性邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可以實施為電子硬件、計算機軟件(包括固件)、或兩者的結(jié)合。為了清楚示出可互換性，上面通常根據(jù)其功能來描述各種示出的部件、塊、模塊、電路以及步驟。這樣的功能被實施為硬件還是軟件取決于施加在整個系統(tǒng)上的特定
應用和i殳計約束。本領域的^支術(shù)人員可以以不同方式為每個特定應用實施所述功能，但是這樣的實施決定不應解釋為背離本發(fā)明的范圍。
可以由本發(fā)明提供的利益和優(yōu)點已經(jīng)關(guān)于特定實施例進行了描述。這些利益和優(yōu)點以及可能導致其發(fā)生或變得更顯著的任何部件或限制不能被解釋為任何或所有權(quán)利要求的關(guān)鍵的、需要的或必不可少的特征。如在此所使用的，術(shù)語"包括"、"包含，，或其任何其他變型旨在被解釋為非排他地包括跟隨這些術(shù)語的元件或限制。因此，包括一組元件的系統(tǒng)、方法或其他實施例不僅局限于這些元件，可以包括沒有列出或所聲明的實施例固有的其他元件。
盡管已經(jīng)參考特定實施例描述了本發(fā)明，應該理解實施例是示例性的，并且本發(fā)明的范圍不局限于這些實施例。對上述實施例的多種變型、修改、附加以及改進都是可能的。應該預期這些變型、修改、附加以及改進落在如下面權(quán)利要求具體描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于重新啟動井下泵的方法，包括確定井下泵電機的反向轉(zhuǎn)速；確定所述井下泵電機的所述反向轉(zhuǎn)速是否足夠低以重新啟動所述泵電機；以及當所述井下泵電機的所述反向轉(zhuǎn)速足夠低時，重新啟動所述井下泵電機。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括響應于檢測要求所 述井下泵電機重新啟動的所述井下泵的運行中斷來執(zhí)行權(quán)利要求1的 所述方法o
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中檢測所述井下泵的運行的 中斷包括檢測至變速驅(qū)動器的功率的中斷，所述變速驅(qū)動器耦合到所 述井下泵電機并凈皮配置為驅(qū)動所述井下泵電機。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進一步包括響應于檢測至所述 變速驅(qū)動器的所述功率的中斷執(zhí)行跨越處理以及在所述跨越處理之 后執(zhí)行權(quán)利要求1所述的方法。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述井下泵的所述反 向轉(zhuǎn)速包括改變控制所述井下泵的電機的變速驅(qū)動器的頻率，監(jiān)控所 述電機的視在阻抗，確定所述電機的所述視在阻抗基本上最大時的頻 率，以及從所述電機的所述浮見在阻抗基本上最大時的所述頻率，從而 確定所述井下泵的所述反向轉(zhuǎn)速。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中確定所述電機的視在阻抗 基本上最大時的所述頻率包括確定由所述電機汲取的電流基本上最小時的頻率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定由所述電機汲取的所 述電流基本上最小時的所述頻率包括減小所述變速驅(qū)動器的輸出電 壓，隨后確定在多個頻率處由所述電機汲取的所述電流，以及確定在 哪個頻率處由所述電機汲取的所述電流基本上最小。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述泵電機的所述反 向轉(zhuǎn)速是否足夠低以重新啟動所述泵電機包括確定所述泵電機的所 述反向轉(zhuǎn)速是否低于閾值反向轉(zhuǎn)速。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述方法在包括所述井下 泵和所述井下泵電才幾的泵系統(tǒng)中實現(xiàn)，以及其中所述閾值反向轉(zhuǎn)速包 括如下速度，在低于所述速度時，所述泵系統(tǒng)具有足夠的轉(zhuǎn)矩來重新 啟動。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括當所述井下泵電機的 所述反向轉(zhuǎn)速基本上為0時，重新啟動所述井下泵電機。
11. 一種裝置，包括 用于井下泵的變速驅(qū)動器；其中所述變速驅(qū)動器包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)被配置為確定 井下泵電機的反向轉(zhuǎn)速，確定所述井下泵電機的所述反向轉(zhuǎn)速是否足 夠低以重新啟動所述泵電機，以及當所述井下泵電機的所述反向轉(zhuǎn)速足夠低時，重新啟動所述井下 泵電機。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述控制系統(tǒng)被配置為 響應于檢測要求所述井下泵電機重新啟動的所述井下泵的運行的中斷來確定所述井下泵電機的所述反向轉(zhuǎn)速。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述控制系統(tǒng)被配置為 通過檢測至所述變速驅(qū)動器的功率的中斷來檢測所述井下泵的所述 運行的中斷。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述控制系統(tǒng)被配置為 響應于檢測至所述變速驅(qū)動器的所述功率的中斷來執(zhí)行跨越處理以 及在所述跨越處理之后確定所述井下泵電機的所述反向轉(zhuǎn)速。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述控制系統(tǒng)被配置為 通過改變所述變速驅(qū)動器的頻率來確定所述井下泵的所述反向轉(zhuǎn)速、 監(jiān)視所述電機的視在阻抗、確定所述電機的所述視在阻抗基本上最大 時的頻率、以及根據(jù)所述電機的所述視在阻抗基本上最大時的所述頻 率來確定所述井下泵的所述反向轉(zhuǎn)速。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述控制系統(tǒng)被配置為 通過確定由所述電機汲取的電流基本上最小時的頻率來確定所述電 機的視在阻抗基本上最大時的頻率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述控制系統(tǒng)被配置為 通過減小所述變速驅(qū)動器的輸出電壓，隨后確定在多個頻率處由所述 電才幾汲取的所述電流，以及確定在哪個頻率處由所述電才幾汲取的所述 電流基本上最小，從而確定由所迷電機汲取的所述電流基本上最小時 的所述頻率。
18. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的裝置，其中所述控制系統(tǒng)被配置為 當所述井下泵電機的所述反向轉(zhuǎn)速低于閾值反向轉(zhuǎn)速時，重新啟動所 述井下泵電機。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述變速驅(qū)動器、所述 井下泵以及所述井下泵電機是泵系統(tǒng)的部件，以及其中所述閾值反向 轉(zhuǎn)速包括如下速度，在低于所述速度時，所述泵系統(tǒng)具有足夠的轉(zhuǎn)矩 來重新啟動。
20. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述控制系統(tǒng)被配置為 當所述井下泵電機的所述反向轉(zhuǎn)速基本上為0時，重新啟動所述井下 泵電才幾。
21. —種系統(tǒng)，包括 井下泵，具有泵電機；以及 變速驅(qū)動器，耦合到所述泵電機；其中所述變速驅(qū)動器包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)被配置為確定 井下泵電機的反向轉(zhuǎn)速、確定所述井下泵電機的所述反向轉(zhuǎn)速是否足 夠低以重新啟動所述泵電機，以及當所述井下泵電機的所述反向轉(zhuǎn)速足夠低時，重新啟動所述井下 泵電機。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被配置為 響應于檢測至所述變速驅(qū)動器的功率的中斷來執(zhí)行跨越處理；在所述跨越處理之后確定所述井下泵電機的所述反向轉(zhuǎn)速；以及通過減小所述變速驅(qū)動器的輸出電壓，隨后確定在所述變速驅(qū)動 器的多個輸出頻率的每個頻率處由所述電機汲取的電流，確定在哪個 頻率處由所述電機汲取的所述電流基本上最小，以及根據(jù)由所述電機 汲取的所述電流基本上最小時的頻率確定所述井下泵的所述反向轉(zhuǎn) 速，從而確定所述井下泵的所述反向轉(zhuǎn)速。
全文摘要
使用變速驅(qū)動器來重新啟動井下潛水泵電機的系統(tǒng)和方法。在一個實施例中，使用包括控制系統(tǒng)的變速驅(qū)動器來控制井下泵，控制系統(tǒng)被配置為檢測泵系統(tǒng)的運行中的中斷。在要求重新啟動泵電機的中斷之后，控制系統(tǒng)確定泵電機的反向轉(zhuǎn)速并在該速度足夠低時重新啟動電機。控制系統(tǒng)可以被配置為減小變速驅(qū)動器的輸出電壓以及掃過輸出頻率的范圍以確定在電機汲取電流最低時的頻率。這是驅(qū)動器的輸出匹配電機的速度并且電機的視在阻抗最大時的頻率。當速度足夠低時，電機被重新啟動。
文檔編號F04D15/02GK101680291SQ200880015350
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者J·R·里德, M·勒森, S·普麗提, T·G·約哈楠 申請人:貝克休斯公司