專利名稱：一種數(shù)控運(yùn)行長行程抽油機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種數(shù)控運(yùn)行長行程抽油機(jī)，它屬于油田開采設(shè)備，用于油田油井的石油生產(chǎn)中。
現(xiàn)在在油田使用的抽油機(jī)，由于采用機(jī)械傳動(dòng)的方法使活塞上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行抽油，使活塞運(yùn)動(dòng)的力與位移關(guān)系不相匹配，因而抽油效率很低。同時(shí)，由于曲柄機(jī)構(gòu)的限制，抽油活塞的行程較短，不能得到較高的抽油效率。有個(gè)別的抽油機(jī)，如專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N91109248.X的抽油機(jī)，使用液壓系統(tǒng)進(jìn)行抽油活塞的驅(qū)動(dòng)，采用定滑輪組和動(dòng)滑輪組進(jìn)行抽油活塞的行程增程，解決了抽油活塞行程問題，并能使抽油活塞在抽油行程時(shí)基本處于恒力工作狀態(tài)，使抽油效率得到一定的提高。但是，由于它的位移和力的關(guān)系不能改變，因此不能適應(yīng)各種不同油質(zhì)、不同粘度和壓力的油井，也不能改變抽油活塞的運(yùn)動(dòng)周期，改變油井的生產(chǎn)率，滿足最佳抽油效率和生產(chǎn)管理的需要。
本實(shí)用新型的目的是實(shí)用新型一種可自行調(diào)節(jié)抽油活塞運(yùn)動(dòng)速度關(guān)系并使之滿足最佳位移和力關(guān)系的數(shù)控運(yùn)行長行程抽油機(jī)。它有最佳的工作效率，并可方便地改變油井的生產(chǎn)率，滿足生產(chǎn)管理的需要。
本實(shí)用新型如附


圖1所示。它有由抽油機(jī)缸體1、抽油活塞2、抽油機(jī)機(jī)架3和連繩4組成的抽油泵裝置，有由動(dòng)力源5、液壓缸6、液壓活塞7、液壓泵9和液箱11組成的動(dòng)力執(zhí)行裝置以及由支承于抽油機(jī)機(jī)架3上的定滑輪組12和固定于液壓活塞7上的動(dòng)滑組13組成的抽油活塞增程裝置，其特征在于液箱11是密封的，并充有一定壓力的氣體，在液箱11上接有可調(diào)節(jié)液箱11中氣體壓力的壓縮空氣源19，動(dòng)力源5為交流電動(dòng)機(jī)，在電動(dòng)機(jī)的輸入端接有可調(diào)逆變電源10，在抽油泵裝置中裝有測(cè)量輸出石油壓力和溫度的壓力傳感器14、溫度傳感器15和測(cè)量抽油活塞2位置的位置傳感器16，在動(dòng)力執(zhí)行裝置中，液壓缸6處裝有液壓壓力傳感器18，液箱11上裝有氣壓傳感器17，有接收傳感器14、15、16、17和18信號(hào)和對(duì)可調(diào)逆變電源10和壓縮空氣源19進(jìn)行控制的可編程控制器8。
本實(shí)用新型的工作原理如下。當(dāng)抽油活塞2處于上提抽油行程時(shí)，在可編程控制器8的控制下，液壓泵9正向旋轉(zhuǎn)工作，輸出的高壓液進(jìn)入液壓缸6上腔，推動(dòng)液壓活塞7移動(dòng)，使動(dòng)滑輪組13和定滑輪組12間的距離增大，從而使連繩3拉抽油活塞2上升。動(dòng)滑輪組13和定滑輪組12都有n個(gè)滑輪，n可以是1、2、3或其它整數(shù)。由于動(dòng)、定滑輪組的作用，連繩3固定于抽油活塞的一端的運(yùn)動(dòng)速度是動(dòng)滑輪組13運(yùn)動(dòng)速度的2n倍，使得抽油活塞2運(yùn)動(dòng)行程是液壓活塞7運(yùn)動(dòng)行程的2n倍。當(dāng)抽油活塞2上升到頂位后，可編程控制器8接收活塞位置傳感器16的信號(hào)，控制可調(diào)逆變電源10的輸出，使其反相，使動(dòng)力源5的電機(jī)和液壓泵9反向旋轉(zhuǎn)。在液壓泵9的反向輸送下，液壓缸6上腔的液壓液被壓入液箱11。在抽油活塞2下降到回程底位時(shí)，可編程控制器8接收到活塞位置傳感器16的信號(hào)，控制可調(diào)逆變電源10輸出再次反相，使動(dòng)力源5的電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)液壓泵9正向工作，輸出高壓液壓液，推動(dòng)液壓活塞移動(dòng)，完成動(dòng)作循環(huán)。
在本實(shí)用新型中，采用可調(diào)逆變電源10給作為動(dòng)力源5的交流電動(dòng)機(jī)供電，通過可編程控制器8的控制，改變可調(diào)逆變電源10的輸出頻率和相位關(guān)系，便可以改變交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)而改變液壓泵的排液方向。這樣，用可編程控制器8可以調(diào)節(jié)抽油活塞2的運(yùn)動(dòng)速度和工作方向。此外，可編程控制器8還對(duì)壓縮空氣源19進(jìn)行控制。它通過控制壓縮空氣源19對(duì)液箱11的補(bǔ)氣而使液箱11具有一定的壓力。在抽油活塞2等下降回程時(shí)，重力經(jīng)過定滑輪組12和動(dòng)滑輪組13的擴(kuò)力而作用在液壓缸6上腔，其產(chǎn)生的壓力可以與液箱11中氣壓近似平衡。這樣，一方面回收了抽油活塞2等的位能，另一方面也使液壓泵9在反向工作時(shí)，也處于正功率(做功)狀態(tài)，可以使用調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，方便控制其反向輸出排量。由于液箱11中具有一定的壓力，在抽油活塞2回程時(shí)被壓入的液壓液具有一定的能量(包括抽油活塞2位能和液壓泵9反向工作時(shí)輸入的能量)。在抽油活塞2轉(zhuǎn)入抽油行程后，液箱11給液壓泵9提供了一個(gè)背壓，減小了液壓泵9的工作負(fù)荷，把所存儲(chǔ)的能量提供給液壓缸6。
本實(shí)用新型中，在抽油泵內(nèi)裝有壓力傳感器14、溫度傳感器15和活塞位置傳感器16，在液壓缸6的液腔中裝有液壓壓力傳感器18，在液箱11上有氣壓傳感器17，它們作為可編程控制器8的輸入?？删幊炭刂破?通過上述傳感器測(cè)量抽油機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)。如通過壓力傳感器14和溫度傳感器15可以測(cè)得被抽石油的出油情況并經(jīng)過計(jì)算能得到石油的可能粘度；通過壓力傳感器18可以測(cè)得抽油活塞2的運(yùn)動(dòng)阻力等。使用可編程控制器8對(duì)這些量進(jìn)行處理，并與可編程控制器8內(nèi)設(shè)定的最佳運(yùn)行值進(jìn)行比較，做出相應(yīng)的決策，從而控制抽油活塞2的運(yùn)行速度，使之與作用力相匹配。另外，可編程控制器8利用測(cè)得的被抽石油數(shù)據(jù)，控制抽油活塞2回程時(shí)，液壓泵9的反向旋轉(zhuǎn)速度，以此控制抽油活塞2的回程速度，得到最佳的吸油條件，避免空泡產(chǎn)生。通過對(duì)抽油活塞2上升和回程速度的控制，還控制了抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)周期，從而控制了生產(chǎn)率，滿足生產(chǎn)管理的需要。重要的一點(diǎn)是，每一口油井都有一個(gè)對(duì)應(yīng)其生產(chǎn)特的最佳運(yùn)動(dòng)(循環(huán))規(guī)律。對(duì)粘稠的油開采這一點(diǎn)特別重要，本實(shí)用新型可按照這種規(guī)律編制控制程序做到這一點(diǎn)，而采用常規(guī)的方法是做不到的。
本實(shí)用新型中，用于調(diào)節(jié)液箱11中氣體壓力的壓縮空氣源19可以是一臺(tái)受可編程控制器8控制其啟停的空氣壓縮機(jī)，如普通用于給各種汽車、自行車輪胎充氣的小型空氣壓縮機(jī)。在可編程控制器8的控制下，定時(shí)給液箱11供氣，以補(bǔ)充泄漏的空氣和調(diào)整其壓力。在油井生產(chǎn)時(shí)，石油粘度、井壓等參數(shù)變化不大，而且變化很緩慢，壓力不用經(jīng)常改變，因此空氣壓縮機(jī)不必隨時(shí)工作。本實(shí)用新型的壓縮空氣源19也可以是用一個(gè)帶有被可編程控制器8控制的通止閥門的高壓氣瓶。在液箱11需要補(bǔ)氣或調(diào)壓時(shí)，由可編程控制器8控制通止閥門導(dǎo)通一定時(shí)間，在液箱壓力達(dá)到預(yù)定值后關(guān)閉，達(dá)到調(diào)壓目的。所用高壓氣瓶可以使用一段時(shí)間后定期更換。
本實(shí)用新型采用可編程控制器經(jīng)過將測(cè)量得到的各種抽油參數(shù)值與最佳值進(jìn)行比較，控制改變抽油活塞的運(yùn)動(dòng)速度，使之滿足最佳的位移和力的關(guān)系，達(dá)到最佳的工作效率。由于抽油活塞的抽油和恢復(fù)行程都是可控的，可以改變油井的生產(chǎn)率，滿足生產(chǎn)管理的需要。
本實(shí)用新型使用可編程控制器進(jìn)行控制，其中用于進(jìn)行比較的最佳運(yùn)行關(guān)系參數(shù)值可以在本實(shí)用新型安裝在現(xiàn)場(chǎng)后，根據(jù)該油井的實(shí)際情況試驗(yàn)確定。因此，本實(shí)用新型可以適應(yīng)各種不同情況(如不同石油粘度、含水率、井壓)的油井，在各個(gè)油井中都有最佳的工作效率。
本實(shí)用新型使用的可調(diào)逆變電源10可以使用如專利號(hào)為CN90202757和專利號(hào)為CN90203323的專利，也可以使用日本富士公司的G7系列逆變器，本實(shí)用新型無特殊要求。本實(shí)用新型中，也可以把作為動(dòng)力源5的電動(dòng)機(jī)和可調(diào)逆變電源10的組合換為如專利號(hào)為CN89213615的“一種全電控大功率執(zhí)行裝置”，或是專利號(hào)為CN89215098的“一種隨機(jī)同軸換向電動(dòng)機(jī)”，或是專利號(hào)為CN90202857的“一種大功率交流差頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)”。本實(shí)用新型中的可編程控制器8可以是普通工業(yè)過程控制器，也可以是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，甚至可以是與其它控制部分或其它油井共有的中央控制計(jì)算機(jī)，通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面，采用分時(shí)分址的方法對(duì)各傳感器和控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量和控制。位置傳感器16可以使用光敏或磁敏型無接觸開關(guān)，也可以是位移傳感器如磁性尺等?？梢园惭b在靠近連繩4或液壓活塞7的地方，通過測(cè)量它們的位置也能反映抽油活塞2的位置。本實(shí)用新型可以在可編程控制器8的輸入端增加如環(huán)境溫度等的傳感器。增加這些測(cè)量數(shù)據(jù)，可使控制策略條件更加準(zhǔn)確，控制精度提高，抽油機(jī)的工作更加優(yōu)化。在可編程控制器8的輸入部分還可以增加適應(yīng)于油田生產(chǎn)管理控制的輸入端，通過油田生產(chǎn)調(diào)度控制各個(gè)油井的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理自動(dòng)化。
權(quán)利要求1.一種數(shù)控運(yùn)行長行程抽油機(jī)，它有由抽油機(jī)缸體1、抽油活塞2、抽油機(jī)機(jī)架3和連繩4組成的抽油泵裝置，有由動(dòng)力源5、液壓缸6、液壓活塞7、液壓泵9和液箱11組成的動(dòng)力執(zhí)行裝置以及由支承于抽油機(jī)機(jī)架3上的定滑輪組12和固定于液壓活塞7上的動(dòng)滑組13組成的抽油活塞增程裝置，其特征在于液箱11是密封的，并充有一定壓力的氣體，在液箱11上接有可調(diào)節(jié)液箱11中氣體壓力的壓縮空氣源19，動(dòng)力源5為交流電動(dòng)機(jī)，在電動(dòng)機(jī)的輸入端接有可調(diào)逆變電源10，在抽油泵裝置中裝有測(cè)量輸出石油壓力和溫度的壓力傳感器14、溫度傳感器15和測(cè)量抽油活塞2位置的位置傳感器16，在動(dòng)力執(zhí)行裝置中，液壓缸6處裝有液壓壓力傳感器18，液箱11上裝有氣壓傳感器17，有接收傳感器14、15、16、17和18信號(hào)和對(duì)可調(diào)逆變電源10和壓縮空氣源19進(jìn)行控制的可編程控制器8。
專利摘要一種數(shù)控運(yùn)行長行程抽油機(jī)，它有抽油泵裝置、動(dòng)力執(zhí)行裝置和由定動(dòng)滑輪組組成的抽油活塞增程裝置，其特征在于液箱是密封的，有對(duì)其壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)的壓縮空氣源，動(dòng)力源為帶有可調(diào)逆變電源的交流電機(jī)，在其中有石油壓力、溫度、液壓壓力、液箱壓力和活塞位置傳感器，有接收各個(gè)傳感器信號(hào)并對(duì)可調(diào)逆變電源和壓縮空氣源進(jìn)行控制的可編程控制器。通過測(cè)量實(shí)際運(yùn)行參數(shù)自行調(diào)節(jié)抽油活塞的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到最佳工作效率。
文檔編號(hào)E21B43/00GK2101105SQ91226159
公開日1992年4月8日 申請(qǐng)日期1991年10月10日 優(yōu)先權(quán)日1991年10月10日
發(fā)明者李三, 石一機(jī) 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開通用試驗(yàn)廠