專利名稱：海上平臺用氣平衡液壓抽油機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種新型氣平衡液壓抽油機，主要應(yīng)用于油田有桿泵采油技術(shù)領(lǐng)域，特別適用于海上油田的后期開發(fā)。
背景技術(shù)：
液壓抽油機利用液壓傳動方式將發(fā)動機的高速旋轉(zhuǎn)運動通過液壓執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達)轉(zhuǎn)化成抽油機懸點處的垂直直線往復(fù)運動，并帶動井下抽油泵實現(xiàn)采油作業(yè)。實踐證明，液壓抽油機具有以下幾方面的優(yōu)點液壓抽油機不僅從結(jié)構(gòu)原理方面打破了游梁式抽油機將電能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，再利用機械的方法將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運動的做法，而且傳動效率高，能實現(xiàn)無級調(diào)整地面參數(shù)，通過液壓系統(tǒng)的優(yōu)選調(diào)整，其上、 下沖程速度可以分開調(diào)節(jié)，在稠油的開發(fā)中具有較大的優(yōu)越性；在一定的抽油機泵排量條件下，液壓抽油機還可以減輕抽油桿的作用載荷，為擴大有桿抽油設(shè)備在井深和產(chǎn)量方面的使用范圍創(chuàng)造了條件；從機理方面分析液壓抽油機作為長沖程抽油機的機型是非常合適的，因為只要相應(yīng)地加長工作液缸的長度，就可以獲得相當長的沖程，此時抽油機的復(fù)雜程度、重量、成本都增加得不多，其重量只相當同類游梁式抽油機的10% -20%，而且可以方便地無級調(diào)整沖程、沖數(shù)，為自動控制滿足采油工藝技術(shù)要求創(chuàng)造了良好的條件。在一沖程內(nèi)90%以上時間均處于勻速狀態(tài)，慣性載荷小，運動性能良好。另外液壓抽油機體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，可以滿足海洋和沼澤地區(qū)油田的開發(fā)；可以實現(xiàn)全封閉作業(yè)， 適用于西部沙漠地區(qū)油田的深井或超深井油氣開發(fā)；液壓抽油機內(nèi)較多的液壓標準件構(gòu)成，可以簡化整套設(shè)備的設(shè)計開發(fā)和制造過程；同時易于機電液一體化等技術(shù)的實施，液壓抽油機可以實現(xiàn)自動控制和遙控，并易于實現(xiàn)過載保護，不易發(fā)生設(shè)備事故；在機電一體化實施后，液壓抽油機可實現(xiàn)對油井工況的自動檢測，對工作參數(shù)進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，提高了其自適應(yīng)性，這是其他任何一種抽油機所不具備的。通過對海上采油環(huán)境的調(diào)查以及對現(xiàn)有各種抽油機的綜合比較及分析發(fā)現(xiàn)隨著油田的開發(fā)，大量的稠油區(qū)塊要進行開采動用，由于要進行注蒸氣進行開采，電潛泵已不能滿足油田開采的需要，需開發(fā)新的采油工藝配套技術(shù)來滿足油井的需求，而目前國內(nèi)外已有的各種抽油機不能滿足在海上采油平臺上應(yīng)用的要求，必須采用有效的措施來減小抽油機的整機高度、整機質(zhì)量和占地面積。而液壓式抽油機具有體積小，占地面積小、沖程長的優(yōu)點，因此也成為新型采油設(shè)備的研究熱點。目前已設(shè)計出的液壓抽油機有鏈式長沖程液壓抽油機、組合液壓缸節(jié)能液壓抽油機、以蓄能器平衡載荷的變頻液壓閉式節(jié)能抽油機、新型節(jié)能變頻閉式液壓抽油機等，但是它們由于自身存在的一些缺點均不適用于海上采油， 例如，鏈式長沖程抽油機實現(xiàn)了長沖程低沖次，但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，此外由于其平衡方式是配重箱平衡，整機質(zhì)量大；組合液壓缸節(jié)能液壓抽油機具有顯著的節(jié)能效果，但是從受力的角度來分析，活塞桿受力不對稱，存在液壓缸和活塞偏磨的問題；以蓄能器平衡載荷的變頻液壓閉式節(jié)能抽油機采用液壓配重，結(jié)構(gòu)簡單，降低了裝機功率，操作更加安全、平穩(wěn)，在閉式油路中采用雙向液壓鎖還可使液壓抽油機的啟停更加平穩(wěn)迅速，增加其工作的穩(wěn)定性和安全性，但是這種抽油機存在修井讓位不方便的問題；新型節(jié)能變頻閉式液壓抽油機結(jié)構(gòu)簡單，液壓缸行程是沖程的一半降低了整機的高度，采用液壓配重，避免了使用平衡重塊，減輕了整機重量，可以滿足海上采油的需要，但是在上沖程中活塞桿處于受拉狀態(tài)，從材料的性能考慮，在承受同等大小的作用力時，活塞桿受壓能力更強，而本發(fā)明中的海上平臺用氣平衡液壓抽油機液壓缸倒置設(shè)計，不僅大大提高了液壓缸的密封效果，而且使得活塞桿一直處于受壓狀態(tài)，并且保留了液壓缸行程是沖程的一半降低了整機的高度的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有各種抽油機存在的缺點，綜合他們的優(yōu)點，對現(xiàn)有的液壓抽油機進行進一步優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計出一種占地面積小、體積小、重量小、生產(chǎn)成本小、結(jié)構(gòu)簡單安裝方便、能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制和管理的節(jié)能型液壓抽油機，提出一種能夠滿足海上采油要求的新型節(jié)能抽油機的設(shè)計理念，進而解決我國海上油田后期開采階段存在的問題。本發(fā)明其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案海上平臺用氣平衡液壓抽油機是由懸繩器、動滑輪、柔性連接機構(gòu)、定滑輪、蓄能器、支架、復(fù)合階梯式液壓缸、套筒、活塞桿和底座所組成，桁架式支架內(nèi)部空間裝有復(fù)合階梯式液壓缸，活塞桿的下端與動滑輪連接，支架頂部裝有蓄能器，柔性連接機構(gòu)繞過定滑輪和動滑輪一端與懸繩器連接，另一端固定在支架上，所述軟性連接機構(gòu)包括鋼絲繩、扁鋼絲繩、傳送帶、鏈條等。其特征在于桁架式支架內(nèi)部空間裝有液壓缸，通過套筒和定位銷把液壓缸固定在支架上，蓄能器裝在支架的頂部，氣平衡代替了機械平衡，動滑輪和定滑輪各兩個，液壓驅(qū)動活塞桿上下運動，軟性連接機構(gòu)通過滑輪組把活塞桿的上下往復(fù)運動轉(zhuǎn)化成抽油機懸點的往復(fù)直線運動。其中兩個定滑輪對稱安裝在定軸上，兩個動滑輪通過動軸對稱安裝在活塞桿下端。蓄能器內(nèi)氣體產(chǎn)生的壓力代替平衡塊產(chǎn)生的重力，從而實現(xiàn)氣平衡。針對不同的采油條件，可以調(diào)節(jié)蓄能器內(nèi)氣體壓強進而保證氣體產(chǎn)生的壓力能夠滿足抽油機所要平衡的力。通過詳細的受力分析之后，為了避免支架因受力不對稱而產(chǎn)生變形，沒有把液壓缸固定在機架中軸線上而是固定在支架中軸線與懸繩器構(gòu)成的平面上遠離懸繩器的一側(cè)。復(fù)合階梯式液壓缸包括上驅(qū)動油缸、下驅(qū)動油缸和平衡氣缸三部分，平衡氣缸的有效長度等于上驅(qū)動油缸和下驅(qū)動油缸的總有效長度。當復(fù)合階梯式液壓缸上驅(qū)動油缸進油下驅(qū)動油缸回油時，活塞下行，蓄能器內(nèi)氣體對活塞做功，蓄能器釋放能量，抽油機懸點上行；當下驅(qū)動油缸進油上驅(qū)動油缸回油時，活塞上行，活塞對蓄能器內(nèi)氣體做功，蓄能器儲存能量，抽油機懸點下行。支架內(nèi)部的復(fù)合階梯式液壓缸既是抽油機的驅(qū)動系統(tǒng)也是抽油機的平衡系統(tǒng)，通過螺栓與支架頂部連接，再由套筒和定位銷固定在支架上遠離懸繩器的一側(cè)，距離支架背離井口一面的距離等于動滑輪半徑+150mm。桁架式支架通過螺栓固定在底座上，底座占地面積不大于anxaii。本發(fā)明的有益效果是，克服了現(xiàn)有的各種抽油機結(jié)構(gòu)設(shè)計上的不合理，桁架式機架設(shè)計大大減小了整機重量和占地面積，同時減小機架承受的風載，使其更適用于海風較大的海上采油，對滑輪組的巧妙應(yīng)用是活塞行程僅為抽油機沖程的一半，大大減小了整機高度；氣平衡代替重塊平衡大大減小了整機重量；同時可實現(xiàn)液壓泵站集中控制既解決了液壓回路設(shè)計問題又大大提高了液壓傳動的傳動效率，提高了抽油機的地面效率，使海上平臺用氣平衡液壓抽油機比同種型號的節(jié)能型抽油機節(jié)能效果更加顯著。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。圖1是本發(fā)明的左視圖，從一個側(cè)面表示動滑輪3定滑輪5、蓄能器7、液壓缸9和支架8之間的關(guān)系。圖2是前視圖，表示海上平臺用氣平衡液壓抽油機整體結(jié)構(gòu)和各零部件的位置與連接關(guān)系。尤其表動滑輪3、定滑輪5、蓄能器7、液壓缸9和支架8之間的關(guān)系。圖3是上視圖，從上面表示定滑輪5、蓄能器7和支架8之間的關(guān)系。圖4是工作原理示意圖，液壓系統(tǒng)15是抽油機的動力系統(tǒng)，當上驅(qū)動油缸17進油下驅(qū)動油缸18回油時，活塞下行，蓄能器7內(nèi)氣體對活塞做功，蓄能器7釋放能量，抽油機懸點上行；當下驅(qū)動油缸18進油上驅(qū)動油缸17回油時，活塞上行，活塞對蓄能器7內(nèi)氣體做功，蓄能器7儲存能量，抽油機懸點下行。圖5是復(fù)合階梯式液壓缸的工程半剖視圖，表示階梯式液壓缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖中1-井口，2-懸繩器，3-動滑輪，4-傳送帶，5-定滑輪，6-定軸，7-蓄能器，8-支架，9-復(fù)合階梯式液壓缸，10-套筒，11-定位銷，12-活塞桿，13-動軸，14-底座，15-液壓系統(tǒng)，16-平衡氣缸，17-上驅(qū)動油缸，18-下驅(qū)動油缸。
具體實施例方式參閱附圖1和圖2。海上平臺用氣平衡液壓抽油機，懸繩器2連接采油井口 1的抽油桿和傳送帶4。傳送帶4屬于柔性連接機構(gòu)之一。傳送帶4繞過定滑輪5、動滑輪3，另一端固定在支架頂部下端的吊耳上。支架8高1000mm，由工字鋼、角鋼以及鋼板焊接而成。 定滑輪5固定在定軸6上，定軸6安裝在支架8靠近井口 1 一側(cè)，定軸6長度與支架8寬度相等，蓄能器7固定在支架8頂部鋼板上，蓄能器7容積lm3，階梯式復(fù)合液壓缸9通過螺栓與支架8頂部連接，在由套筒10和銷釘11固定在支架8上遠離懸繩器2的一側(cè)，距離支架 8背離井口 1 一面的距離等于動滑輪3半徑+150mm。動滑輪3通過動軸13與活塞桿12連接，工作時液壓油驅(qū)動活塞桿12做上下往復(fù)運動，傳動帶4通過滑輪3和滑輪5把活塞桿 12的上下往復(fù)運動轉(zhuǎn)化成懸點的上下往復(fù)運動，從而實現(xiàn)抽油的整個過程。
權(quán)利要求
1.海上平臺用氣平衡液壓抽油機是由懸繩器、動滑輪、柔性連接機構(gòu)、定滑輪、蓄能器、 支架、復(fù)合階梯式液壓缸、套筒、活塞桿和底座所組成，桁架式支架內(nèi)部空間裝有復(fù)合階梯式液壓缸，活塞桿的下端與動滑輪連接，支架頂部裝有蓄能器，柔性連接機構(gòu)繞過定滑輪和動滑輪一端與懸繩器連接，另一端固定在支架上，所述軟性連接機構(gòu)包括鋼絲繩、扁鋼絲繩、傳送帶、鏈條等；其特征在于桁架式支架內(nèi)部空間裝有液壓缸，通過套筒和定位銷把液壓缸固定在支架上，蓄能器裝在支架的頂部，氣平衡代替了機械平衡，動滑輪和定滑輪各兩個，液壓驅(qū)動活塞桿上下運動，軟性連接機構(gòu)通過滑輪組把活塞桿的上下往復(fù)運動轉(zhuǎn)化成抽油機懸點的往復(fù)直線運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上平臺用氣平衡液壓抽油機其特征在于支架內(nèi)部的復(fù)合階梯式液壓缸既是抽油機的驅(qū)動系統(tǒng)也是抽油機的平衡系統(tǒng)，通過螺栓與支架頂部連接，再由套筒和定位銷固定在支架上遠離懸繩器的一側(cè)，距離支架背離井口一面的距離等于動滑輪半徑+150mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上平臺用氣平衡液壓抽油機其特征在于桁架式支架通過螺栓固定在底座上，底座占地面積不大于anxaii。
4.根據(jù)權(quán)利要求ι所述的海上平臺用氣平衡液壓抽油機其特征在于兩個定滑輪對稱安裝在定軸上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上平臺用氣平衡液壓抽油機其特征在于兩個動滑輪通過動軸對稱安裝在活塞桿下端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上平臺用氣平衡液壓抽油機其特征在于復(fù)合階梯式液壓缸包括上驅(qū)動油缸、下驅(qū)動油缸和平衡氣缸三部分，平衡氣缸的有效長度等于上驅(qū)動油缸和下驅(qū)動油缸的總有效長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上平臺用氣平衡液壓抽油機其特征在于蓄能器內(nèi)氣體產(chǎn)生的壓力代替平衡塊產(chǎn)生的重力，從而實現(xiàn)氣平衡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上平臺用氣平衡液壓抽油機其特征在于當復(fù)合階梯式液壓缸上驅(qū)動油缸進油下驅(qū)動油缸回油時，活塞下行，蓄能器內(nèi)氣體對活塞做功，蓄能器釋放能量，抽油機懸點上行；當下驅(qū)動油缸進油上驅(qū)動油缸回油時，活塞上行，活塞對蓄能器內(nèi)氣體做功，蓄能器儲存能量，抽油機懸點下行。
全文摘要
本發(fā)明是一種新型氣平衡液壓抽油機，海上平臺用氣平衡液壓抽油機是由懸繩器、動滑輪、柔性連接機構(gòu)、定滑輪、蓄能器、支架、復(fù)合階梯式液壓缸和液壓泵系統(tǒng)組成。桁架式機架內(nèi)部空間裝有液壓缸，活塞桿的下端與動滑輪連接，支架頂部裝有蓄能器。該抽油機結(jié)構(gòu)簡單安裝方便，與常規(guī)節(jié)能型抽油機相比節(jié)能效果更加顯著，克服了現(xiàn)有抽油機因體積大、占地面積大、整機重量大而不能滿足海上采油要求的缺點，為我國海上油田的后期開發(fā)提供了一種新型采油設(shè)備。
文檔編號E21B43/00GK102182429SQ20111009344
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者劉新福, 徐敬, 綦耀光 申請人:中國石油大學(華東)