本發(fā)明涉及一種智能式無游梁液壓抽油機的液壓系統(tǒng)及使用方法，屬于油氣田抽采設備技術領域。

背景技術：

目前，世界上無游梁液壓抽油機，基本由主機、液壓站及電控系統(tǒng)組成； 無論主機是哪種形式，其最終都是通過液壓缸的往復動作來帶動光桿上下反復動作實現(xiàn)工作。一般帶有下沖程勢能回收（儲能）的液壓系統(tǒng)通過飛輪、彈簧、蓄能器等方式進行勢能回收利用。背景技術存在以下問題：由于液壓缸或非標分配器與主油缸和蓄能器連接的腔內液壓油無法循環(huán)，經(jīng)過頻繁換向反復沖擊，長時間工作可能存在密封不嚴輕微內泄現(xiàn)象，如果沒有相應的自動補償辦法，就會造成因缺油引起沖程不到位而停止工作的情況，或無法長期自動運行，需要定期人工進行換油補油。無游梁液壓抽油機也存在平衡率問題，如果沒有相應的自動調節(jié)方法，會使抽油機工作在非平衡狀態(tài)下，降低系統(tǒng)效率和壽命、影響抽油泵的正常工作。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種智能式無游梁液壓抽油機的液壓系統(tǒng)及使用方法，采用雙向液壓分配器與蓄能器組合，回收下沖程的重力勢能，在上沖程時釋放重力勢能做功，以降低整機能耗，實現(xiàn)節(jié)能；具有換向及調速換向兩種工作模式，并能根據(jù)實際工作情況及季節(jié)不同來實現(xiàn)自動換油。系統(tǒng)能實時檢測平衡率，并自動進行平衡調節(jié)，使抽油機的平衡率始終保持在設定范圍內，解決背景技術中存在的上述問題。

本發(fā)明的技術方案是：

一種智能式無游梁液壓抽油機的液壓系統(tǒng)，用于單作用液壓缸的智能式無游梁液壓抽油機，由液壓站和智能電控系統(tǒng)組成；

液壓站包含：油箱、閥組、雙向液壓分配器和蓄能器，雙向液壓分配器一側與智能式無游梁液壓抽油機的液壓缸連接，另一側與蓄能器連接，并通過閥組后連接變量柱塞泵和油箱，對勢能進行回收，由閥組上的電磁換向閥與液控單向閥的組合實現(xiàn)自動換油；

智能電控系統(tǒng)包含：傳感器和電控箱，多個傳感器分別設置在智能式無游梁液壓抽油機及其液壓站。

一種智能式無游梁液壓抽油機的液壓系統(tǒng)的使用方法，用于單作用液壓缸的智能式無游梁液壓抽油機，包含如下步驟：

智能式無游梁液壓抽油機的液壓系統(tǒng)，由液壓站和智能電控系統(tǒng)組成；液壓站包含：油箱、閥組、雙向液壓分配器和蓄能器，雙向液壓分配器一側與智能式無游梁液壓抽油機的液壓缸連接，另一側與蓄能器連接，并通過閥組后連接變量柱塞泵和油箱，對勢能進行回收，由閥組上的電磁換向閥與液控單向閥的組合實現(xiàn)自動換油；智能電控系統(tǒng)包含：傳感器和電控箱，多個傳感器分別設置在智能式無游梁液壓抽油機及其液壓站；

采油工作中，液壓缸由液壓站提供動力，通過液壓缸推動升降滑輪帶動光桿做往復工作；通過雙向液壓分配器與蓄能器，將下沖程的重力勢能進行儲存，并在上沖程時進行釋放，降低能耗；工作中產(chǎn)生的載荷力和沖程由傳感器測量，并傳送至智能電控系統(tǒng)的電控箱中；經(jīng)數(shù)據(jù)分析處理器后，以示功圖形式存儲。

智能式無游梁液壓抽油機的沖程可調，在電控箱的觸摸屏上設置，拉線位移傳感器實時測量液壓缸工作的實際位移，當達到設定沖程時，上限位置或下限位置，控制液壓站進行換向；如果因為液壓缸內存在內泄情況造成液壓缸無法達到最大設定沖程位置時，進行自動換油或補油操作，完成自動換油或補油后，重新投入正常工作狀態(tài)。系統(tǒng)實時檢測平衡率，超出平衡率設定范圍，對蓄能器及雙向液壓分配器內的油壓進行調節(jié)（補油和放油），對抽油機平衡率實時調節(jié)，使其達到設定范圍。

所述智能電控系統(tǒng)，還設有無線電臺綜合傳輸系統(tǒng)，通過無線電臺實現(xiàn)多臺智能式無游梁液壓抽油機的網(wǎng)絡化管理。

所述液壓站的雙向液壓分配器與蓄能器組合，回收下沖程的重力勢能，在上沖程時釋放重力勢能做功，以降低整機能耗，實現(xiàn)節(jié)能；具有進行換向及調速換向兩種工作模式，并實現(xiàn)自動換油或補油操作。

所述液壓站的遠程調節(jié)變量柱塞泵（DRG）,可以通過閥組上的雙向溢流閥與電磁換向閥四的控制，在高低壓間切換（高低壓值由雙向溢流閥手動調節(jié)）。當抽油機的平衡率超出設定范圍時，系統(tǒng)需要對蓄能器及雙向液壓分配器內補油或者放油,這時切換到高壓，完成補油或放油后，泵切換回低壓，抽油機繼續(xù)工作。

所述液壓站和智能電控系統(tǒng)，作為一個整體集成在一起，與智能式無游梁液壓抽油機分開布置，中間采用油管連接，不受油井作業(yè)區(qū)域限制。

所述液壓站的液壓馬達由變量柱塞泵和電機組成，并設冷卻風扇，液壓油散熱冷卻無需供水。

所述液壓站即可做單井使用，也可做雙井使用。

所述智能電控系統(tǒng)的傳感器，包括：用于沖程測量的傳感器，采用拉線式位移傳感器，可以實時檢測沖程變化；用于懸點載荷力測量的傳感器，采用在線檢測式壓力傳感器，可間接測量；并在主機支架的上下死點位置，各裝有一個限位行程開關，用于沖程切換。

所述液壓站的閥組，包括比例換向閥、電磁換向閥一、電磁換向閥二、電磁換向閥三、溢流電磁閥、液控單向閥、疊加式節(jié)流閥、雙向溢流閥、電磁換向閥四；上、下沖程切換中，采用電磁換向閥和比例換向閥來實現(xiàn)換向調節(jié)；通過兩個電磁換向閥來進行自動換油操作。

本發(fā)明積極效果：具有換向及調速換向兩種工作模式，并能根據(jù)實際工作情況及季節(jié)不同來實現(xiàn)自動換油控制，采用雙向液壓分配器與蓄能器組合，回收下沖程的重力勢能，在上沖程時釋放重力勢能做功，以降低整機能耗，實現(xiàn)節(jié)能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明液壓系統(tǒng)原理圖；

圖中：1.蓄能器、2.液壓缸、3.高壓球閥、4. 變量柱塞泵、5.避震喉、6.壓力繼電器、7.雙向液壓分配器、8.電機、9. 比例換向閥、10.電磁換向閥一、11. 電磁換向閥二、12.溢流電磁閥、13. 電磁換向閥三、14.冷卻風扇、15.回油過濾器、16. 疊加式單向閥、17. 液控單向閥一、18. 液控單向閥二、19. 油箱、20.電磁換向閥四、21.雙向溢流閥；

圖2為本發(fā)明實施例電控箱布置圖；

圖3為本發(fā)明實施例電控箱表面圖；

圖中：22.隔離開關、23.軟啟動器、24.接觸器、25.斷路器、26.DC24V直流電源、27.微型斷路器、28.PLC控制器、29.中間繼電器、30.端子、31.智能電力表、32.觸摸屏、33.操作按鈕；

圖4為本發(fā)明實施例一雙向液壓分配器形式示意圖；

圖中：雙向液壓分配器采用雙液壓缸桿同心對接；

圖5為本發(fā)明實施例二雙向液壓分配器形式示意圖；

圖中：雙向液壓分配器采用非標制作雙活塞四個腔的分配器互推方式。

具體實施方式

以下結合附圖，通過實施例對本發(fā)明做進一步說明。

一種智能式無游梁液壓抽油機的液壓系統(tǒng)，用于單作用液壓缸的智能式無游梁液壓抽油機，由液壓站和智能電控系統(tǒng)組成；

液壓站包含：油箱19、閥組、雙向液壓分配器7和蓄能器1，雙向液壓分配器7一側與智能式無游梁液壓抽油機的液壓缸連接，另一側與蓄能器1連接，并通過閥組后連接變量柱塞泵4和油箱19，對勢能進行回收，由閥組上的電磁換向閥與液控單向閥的組合實現(xiàn)自動換油；雙向溢流閥和電磁換向閥四實現(xiàn)泵高低壓切換完成平衡調節(jié)；

智能電控系統(tǒng)包含：傳感器和電控箱，多個傳感器分別設置在智能式無游梁液壓抽油機及其液壓站。

一種智能式無游梁液壓抽油機的液壓系統(tǒng)的使用方法，用于單作用液壓缸的智能式無游梁液壓抽油機，包含如下步驟：

智能式無游梁液壓抽油機的液壓系統(tǒng)，由液壓站和智能電控系統(tǒng)組成；液壓站包含：油箱19、閥組、雙向液壓分配器7和蓄能器1，雙向液壓分配器7一側與智能式無游梁液壓抽油機的液壓缸連接，另一側與蓄能器1連接，并通過閥組后連接變量柱塞泵4和油箱19，對勢能進行回收，由閥組上的電磁換向閥與液控單向閥的組合實現(xiàn)自動換油；智能電控系統(tǒng)包含：傳感器和電控箱，多個傳感器分別設置在智能式無游梁液壓抽油機及其液壓站；

采油工作中，液壓缸由液壓站提供動力，通過液壓缸推動升降滑輪帶動光桿做往復工作；通過雙向液壓分配器7與蓄能器1，將下沖程的重力勢能進行儲存，并在上沖程時進行釋放，降低能耗；工作中產(chǎn)生的載荷力和沖程由傳感器測量，并傳送至智能電控系統(tǒng)的電控箱中；經(jīng)數(shù)據(jù)分析處理器后，以示功圖形式存儲。

所述液壓站的雙向液壓分配器與蓄能器組合，回收下沖程的重力勢能，在上沖程時釋放重力勢能做功，以降低整機能耗，實現(xiàn)節(jié)能；具有進行換向及調速換向兩種工作模式，并實現(xiàn)自動換油或補油操作及自動實時調節(jié)平衡率。智能式無游梁液壓抽油機的沖程可調；平衡率可調；可在電控箱的觸摸屏32上設置。拉線位移傳感器實時測量液壓缸工作的實際位移，當達到設定沖程時，上限位置或下限位置，控制液壓站進行換向；如果因為液壓缸內存在內泄情況造成液壓缸無法達到最大設定沖程位置時，進行自動換油或補油操作，完成自動換油或補油后，重新投入正常工作狀態(tài)。系統(tǒng)實時檢測平衡率，超出平衡率設定范圍，對蓄能器及雙向液壓分配器內的油壓進行調節(jié)（補油和放油），對抽油機平衡率實時調節(jié)，使其達到設定范圍。

液壓站工作步驟如下：

下沖程運動：油箱的一路液壓油，從液壓站的變量柱塞泵4出口，經(jīng)溢流電磁閥12進入雙向液壓分配器7的B腔；另一路液壓油，在光桿通過重力作用帶動下液壓桿向下勻速運動，將液壓缸2內的油從液壓缸2底部的油口排回到液壓站，進入雙向液壓分配器7的A1腔；兩路液壓油共同作用下，使雙向液壓分配器7活塞向雙向液壓分配器7的B1腔方向運動，雙向液壓分配器7的A腔油，經(jīng)冷卻風扇14冷卻后，回油箱19，雙向液壓分配器7的B1腔油，被擠壓后進入蓄能器1存儲；當液壓缸行程至下死點時（位移傳感器測量值達到設定下限位值），或觸發(fā)下死點限位行程開關，液壓站的電磁換向閥二11換向，結束下沖程運動。

上沖程時：油箱的一路液壓油，從液壓站的變量柱塞泵4出口，經(jīng)溢流電磁閥12進入雙向液壓分配器7的A腔；另一路液壓油從蓄能器1出口排出，進入雙向液壓分配器7的B1腔；兩路液壓油共同作用下，使雙向液壓分配器7活塞向雙向液壓分配器7的A1腔方向運動，雙向液壓分配器7的B腔油，經(jīng)冷卻風扇14冷卻后回油箱19；雙向液壓分配器7的A1腔中的油，從雙向液壓分配器7出口，進入液壓缸2底部的進油口，帶動活塞向上運動，液壓缸2行程至上死點時（位移傳感器測量值達到設定上限位值），或觸發(fā)上死點限位行程開關，液壓站的電磁換向閥二11換向，結束上沖程運動。

也可通過切換采取比例換向閥9控制上下沖程速度，達到無極調速的效果。

自動換油（補油）：自動換油（補油）可以根據(jù)四季不同需求設定，進行定時換油，主要解決雙向液壓分配器7 A1腔與液壓缸2腔內液壓油的散熱問題，同時實現(xiàn)定時補油。也可以根據(jù)實際液壓缸的行程來判定是否需要補油，如果正常工作一段時間后，液壓缸達不到上限位設定值的時候（可能存在漏油情況），系統(tǒng)判定為需要補油，這時進行自動換油（補油）。如果是輕微的內泄情況，可以通過自動補油操作來解決，當系統(tǒng)完成自動換油（補油）程序后，繼續(xù)進行正常工作狀態(tài)。

自動換油（補油）：滿足定時條件時，液壓缸動作到下限位設定值位置時，開始換油程序。如果是漏油情況導致液壓缸無法達到設定上限位時，這時先將液壓缸降至下限位（保證換油時主機停在下死點）確保安全，然后開始換油程序。

換油程序：首先電磁換向閥一10與電磁換向閥三13回油，雙向液壓分配器7 B1腔及蓄能器1內的油回油箱，雙向液壓分配器7 A1腔內油回油箱，雙向液壓分配器A1、B1腔內油都回油箱后，這時電磁換向閥二11向雙向液壓分配器A腔內給油（走上行程），同時電磁換向閥一10向雙向液壓分配器7 B1腔內給油，當雙向液壓分配器7 B1腔與蓄能器內油充滿(達到一定壓力)時，電磁換向閥二11換向給雙向液壓分配器7B腔給油（走下行程），同時電磁換向閥三13給雙向液壓分配器7 A1腔內注油，當雙向液壓分配器7 A1腔內注滿油時，完成換油（補油）程序，這時電磁換向閥一10和電磁換向閥三13回到中間位置，并由液控單向閥一17、液控單向閥二18保證不會回油。然后繼續(xù)進行工作狀態(tài)，重新開始上沖程。

平衡率調節(jié)：正常工作狀態(tài)時，系統(tǒng)實時檢測平衡率。根據(jù)上下沖程周期來計算平衡率。平衡率設定一定范圍（百分比），如果上沖程周期大于下沖程周期，超過設定百分比時，系統(tǒng)判定平衡輕，當液壓缸到達上死點時，液壓缸停止運動，DRG遠程控制變量泵的控制油路經(jīng)電磁換向閥四20換向后經(jīng)雙向溢流閥 21，切換到高壓，這時泵輸出壓力提高后（大于雙向液壓分配器7 B1腔與蓄能器內油壓），電磁換向閥二 11 換向給雙向液壓分配器7 B1腔與蓄能器內補油一秒，補油后電磁換向閥四 20 換向，泵切換回低壓，液壓缸恢復工作繼續(xù)向下?lián)Q向走下沖程。

如果下沖程周期大于上沖程周期，超過設定百分比時，系統(tǒng)判定平衡重，當液壓缸到達下死點的時候，液壓缸停止運動，DRG遠程控制變量泵的控制油路經(jīng)電磁換向閥四20換向后經(jīng)雙向溢流閥 21，切換到高壓，這時泵輸出壓力提高后，電磁換向閥二 11 換向，雙向液壓分配器7 B1腔與蓄能器回油一秒，回油后電磁換向閥四 20 換向，泵切換回低壓，液壓缸恢復工作繼續(xù)向上換向走上沖程。

每次調節(jié)完后，正常工作一分鐘后再次計算當前平衡率，如果仍超出平衡率設定范圍，則繼續(xù)調節(jié)，反復執(zhí)行此程序，一直達到系統(tǒng)平衡率在設定范圍內時，結束調節(jié)。

智能電控系統(tǒng)實施方式：

柱塞泵電機的啟動由軟啟動器23完成，電控箱內配備西門子PLC控制器28、DC24V直流電源24、隔離開關22、接觸器24、斷路器25、微型斷路器27；PLC控制器28對油箱溫度和液位、雙向液壓分配器油壓、主機限位行程開關和傳感器，進行信號采集，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析處理器的轉換和分析運算后，將檢測值和處理結果送到電控箱面板的觸摸屏32上，可供人工查詢和操作。也可通過電控箱上操作按鈕33進行操作。PLC控制器，采用西門子S7-200smart系列作為主控制器，并與觸摸屏32以太網(wǎng)連接通訊。通過觸摸屏的觸摸操作，可手動對沖程、沖次進行在線調整；也可使用自動調整方式：雙向液壓分配器的壓力傳感器和磁致伸縮位移傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過電纜傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析處理器的S7200PLC模擬量輸入模塊，由數(shù)據(jù)分析處理器的CPU進行處理后，通過示功圖的形式顯示在觸摸屏32上，再通過數(shù)據(jù)分析處理器中預存的故障狀態(tài)示功圖數(shù)據(jù)與實時繪制的示功圖進行比對，判斷出是否存在故障隱患并分析出故障類型，傳送到顯示觸摸屏上顯示，用于提醒工人維護和注意，實時繪制的示功圖經(jīng)過分析計算后可得出井下動液面高度，根據(jù)動液面高度可自動調整沖次：當動液面高度增加時，增加沖次（不超過設計最大值）；當動液面高度降低時，減少沖次。還通過智能電力表31實時監(jiān)測用電情況，并通過數(shù)據(jù)MODBUS通訊將數(shù)據(jù)傳給PLC控制器28，并在觸摸屏32 顯示和記錄。

智能電控系統(tǒng)設有無線電臺綜合傳輸系統(tǒng)，通過無線電臺實現(xiàn)多臺智能式無游梁液壓抽油機的網(wǎng)絡化管理；無線電臺綜合傳輸系統(tǒng)的無線電臺信號收發(fā)器，使用CDMA網(wǎng)絡DTU模塊與油田集中管理系統(tǒng)連接通訊，并通過CDMA網(wǎng)絡將油井產(chǎn)量、運行等數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)竭h方油田管理等系統(tǒng)中，提供報表自動存儲、導入導出和打印等功能。

實施例一，參照附圖4，所述雙向液壓分配器采用雙液壓缸桿同心對接。

實施例二，參照附圖5，所述雙向液壓分配器采用非標制作雙活塞四個腔的分配器互推方式。

本發(fā)明液壓系統(tǒng)采用雙液壓缸桿同軸心對接或非標制作雙活塞四個腔的分配器互推的方式將下沖程產(chǎn)生的勢能通過液壓傳遞給蓄能器進行儲存。