專利名稱：氣壓再生式稠油抽油機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型結(jié)構(gòu)的抽油機，也即用氣壓驅(qū)動并能將其回程位能回收“再生”利用的氣壓再生式稠油抽油機，屬于油田開采設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
我國的許多油田需要使用抽油機才能把深埋于地層內(nèi)的石油采掘出來，通常采用的機械采油設(shè)備為游梁式抽油機，其傳動方式是將電機的旋轉(zhuǎn)運動通過皮帶輪、齒輪變速箱、曲柄連桿機構(gòu)、游梁驢頭和抽油桿，再驅(qū)動井下的抽油泵作上下往復(fù)運動。機械傳動結(jié)構(gòu)龐雜，操作繁瑣、噪音大、能耗高。雖然這種傳動鏈可以滿足驅(qū)動力與抽油泵之間的機械運動轉(zhuǎn)換，但是，它不能使兩者在抽油泵的一個往復(fù)循環(huán)的各個位置都能達到合理的載荷匹配。抽油機的負(fù)荷主要是重力提升負(fù)荷，由于抽油機傳動機構(gòu)與抽油泵不在同一垂直位置，為了要將動力由地面?zhèn)鬟f到井下，需要通過與油泵深度相同長度的抽油桿，因此，龐雜的抽油機傳動部件和長達數(shù)百米乃至數(shù)千米的抽油桿重量就構(gòu)成了抽油機負(fù)荷的80%，真正用來提升石油的有效負(fù)荷只占抽油機負(fù)荷的20%，而且還只用在抽油機的上行程。為了使下行程時的動力和抽油機傳動部件以及抽油桿在上行程時儲存的位能能得到利用，人們研制了各種形式的動力平衡裝置，如鑄鐵平衡塊等。然而，由于有效負(fù)荷與實際消耗負(fù)荷相差太大，至今還沒有一種平衡方式能使抽油機的動力利用能達到令人滿意的地步，這也是機械傳動采油效率低的主要原因。而隨著我國油田生產(chǎn)中稠油和深井開采任務(wù)的日趨繁重，現(xiàn)有的機械傳動式抽油機的弊病就更顯尖銳和突出了。
本發(fā)明的目的是提供一種采用壓縮空氣作為驅(qū)動動力，并能使抽油機抽油活塞的重力位能回收“再生”利用的新型抽油機-氣壓再生式稠油抽油機。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)組成如附

圖1所示它包括有由抽油缸體2、抽油活塞1和抽油桿3組成的抽油泵裝置和由動力源8、空氣壓縮機6、氣壓缸4、氣動活塞5、換向控制閥16、17與蓄能器9組成的氣壓驅(qū)動裝置，抽油桿3與氣動活塞5相連接，其特征在于蓄能器9是充有一定壓力氣體的密閉承壓容器，動力源8是交流電動機，該電動機的輸入端接有可調(diào)逆變電源7，空氣壓縮機6是封閉式螺桿壓縮機，在抽油泵中裝有測量輸出石油壓力和溫度的壓力傳感器12、溫度傳感器11和感測抽油活塞1位置的位移傳感器13，在氣壓缸上裝有氣壓壓力傳感器14，有接收傳感器11、12、13、14和10信號并對可調(diào)逆變電源和換向控制閥16、17進行控制的可編程控制器。
在附圖1中，換向控制閥16、17都處在上提抽油行程的位置。
本發(fā)明不同于傳統(tǒng)的氣平衡式游梁抽油機，它取消了原抽油機所具有的皮帶輪、齒輪減速箱、曲柄連桿機構(gòu)、游梁和支承軸承等大部分機械驅(qū)動部件，而在傳統(tǒng)氣平衡抽油貯氣包(又稱蓄能器9)與氣壓缸4之間，連接了一臺密閉式螺桿壓縮機，再配置了數(shù)控可調(diào)逆變電源7驅(qū)動的交流電動機8作為動力源，以該臺壓縮機作為驅(qū)動抽油機的原始動力。
本發(fā)明工作原理如下當(dāng)抽油活塞處在上提抽油行程時(附圖1所示狀態(tài))，螺桿壓縮機6正向旋轉(zhuǎn)，輸出的高壓空氣經(jīng)換向閥16和在下行程時貯入蓄能器9的能量-壓縮空氣-同時經(jīng)換向閥17進入氣壓缸4的下腔，推動氣動活塞5并通過抽油桿3進而帶動抽油活塞1上提，完成抽油工作行程。當(dāng)?shù)竭_上行程頂點時，可編程控制器15接收活塞位移傳感器13的信號，控制可調(diào)逆變電源7的輸出，使其反相，使動力源8電機帶動螺桿壓縮機6反向旋轉(zhuǎn)，同時，也使換向閥16、17換向。這樣，工作狀態(tài)為可逆的螺桿壓縮機6就改為由氣壓缸4抽氣先后經(jīng)換向閥17、16壓入貯能器9。此時，抽油活塞等運動部件都處于高位，且質(zhì)量都較大，有較大的位能，它們在重力作用下回程時，也使氣壓缸4下腔產(chǎn)生一定的壓力。這部分位能與電機反向驅(qū)動壓縮機6產(chǎn)生的能量同時被儲存到蓄能器9中。此過程一直維持到抽油活塞下降到回程下限位置時，可編程控制器15接收到活塞位移傳感器13信號，控制可調(diào)逆變電源7再次反相使電機8正向轉(zhuǎn)動，使壓縮機正向旋轉(zhuǎn)，同時，換向控制閥16、17重新?lián)Q向，壓縮機6產(chǎn)生的高壓空氣與下行程貯入的能量同時進入氣壓缸4的下腔，推動氣壓活塞1上升，開始新的抽油循環(huán)。
在上述整個工作過程中，電機雖有正反向轉(zhuǎn)動，但在上下行程時始終處于均衡的全負(fù)荷狀態(tài)工作，使電機功率的利用率大大提高。整個抽油機又因其回程位能全部轉(zhuǎn)換成氣體動力被儲存在蓄能器中，而在上行程時又被“再生”利用成提升動力而使其效率可以以倍計的量級而提高。
本發(fā)明采用壓縮空氣作為驅(qū)動力，從抽油機到抽油泵整體系統(tǒng)的運動部件可能產(chǎn)生的各種沖擊負(fù)荷均被其吸收，各部件受力情況大為改善，使其工作壽命延長，整機的可靠性也相應(yīng)得到提高。再者，由于在強度設(shè)計上受到制約的原機械驅(qū)動的受力部件被取消，現(xiàn)有構(gòu)件的受力狀態(tài)又大為改善，因而，可以對抽油機的許可負(fù)荷重新進行評估，增加其承載負(fù)荷，或者在此基礎(chǔ)上設(shè)計大負(fù)荷抽油機。這些都對我國深井或稠油油田的開采是件福音。
本發(fā)明采用數(shù)控動力配置，用可編程控制器15，可改變可調(diào)逆變電源7的輸出頻率及相位關(guān)系，從而改變交流電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，進而改變螺桿壓縮機6的排量和轉(zhuǎn)向。這樣，通過可編程控制器15可以調(diào)節(jié)抽油活塞1的運動速度和工作行程。在抽油泵2上裝的壓力傳感器12、溫度傳感器11、活塞位移傳感器13，在氣壓缸上裝的氣壓壓力傳感器14，在貯能器9上裝的氣壓傳感器10，它們都作為可編程控制器15的輸入。通過上述傳感器可編程控制器可隨時測量抽油機的運行狀態(tài)。如用壓力傳感器12和溫度傳感器11可測得被抽石油的出油情況，并經(jīng)過計算得到石油的粘稠度參數(shù);通過壓力傳感器14可測得抽油活塞1的運動阻力。使用可編程控制器15對上述敏感參量進行處理，并與可編程控制器中設(shè)定的最佳運行值進行比較，做出相應(yīng)決策，從而控制抽油活塞1的運行速度，使之處于最佳吸油條件。而通過對抽油活塞1上升和回程速度的控制，還控制了抽油機的運動周期，從而控制了生產(chǎn)率，滿足生產(chǎn)管理的需要?？傊?，本發(fā)明可以在一個抽油作業(yè)循環(huán)中的各個瞬間狀態(tài)都可以預(yù)以控制并使其進入最佳匹配狀態(tài)，可根據(jù)每一口油井不同時期的不同特征，找到其對應(yīng)的最佳循環(huán)規(guī)律而隨時對數(shù)控系統(tǒng)進行調(diào)整。而這些恰是當(dāng)前國內(nèi)稠油井開采所必須解決而傳統(tǒng)方法又是難以辦到的。
本發(fā)明中的可編程控制器15可以是普通工業(yè)過程控制器，也可以是工業(yè)控制計算機，還可以是與其他控制部分或其他油井共有的中央控制計算機，通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面，采用碼分多址，時分操作方法對各傳感器和控制機構(gòu)進行測量和控制。總之，本發(fā)明利用當(dāng)前已逐步比較成熟的機電一體化技術(shù)，對氣動裝置的重力位能加以回收利用，比較好地解決抽油機負(fù)荷均衡和能量充分利用問題，為我國深井或稠油油田的石油開采提供了一項節(jié)能高效新裝備。
權(quán)利要求
1.一種氣壓再生式稠油抽油機，它包括有由抽油缸體2、抽油活塞1和抽油桿3組成的抽油泵裝置和由動力源8、空氣壓縮機6、氣壓缸4、氣動活塞5、換向控制閥16、17與蓄能器9組成的氣壓驅(qū)動裝置，抽油桿3與氣動活塞5相連接，其特征在于蓄能器9是充有一定壓力氣體的密閉承壓容器，動力源8是交流電動機，該電動機的輸入端接有可調(diào)逆變電源7，空氣壓縮機6是封閉式螺桿壓縮機，在抽油泵中裝有測量輸出石油壓力和溫度的壓力傳感器12、溫度傳感器11和感測抽油活塞1位置的位移傳感器13，在氣壓缸上裝有氣壓壓力傳感器14，有接收傳感器11、12、13、14和10信號并對可調(diào)逆變電源和換向控制閥16、17進行控制的可編程控制器。
全文摘要
一種氣壓再生式稠油抽油機，包括有由抽油缸體、抽油活塞與抽油桿組成的抽油泵裝置，由氣壓缸、螺桿壓縮機與換向閥等組成的氣壓驅(qū)動裝置和由可編程控制器，可調(diào)逆變器與各種傳感器組成的數(shù)控裝置，是用壓縮空氣作驅(qū)動力，并能使抽油活塞等重力位能回收“再生”利用的新型抽油機。數(shù)控裝置能實時測量工作狀態(tài)進行處理調(diào)整，使整機達到最佳工作效率，為我國深井或稠油油田的石油開采提供了一項節(jié)能高效新裝備。
文檔編號F04B47/04GK1075536SQ92100919
公開日1993年8月25日 申請日期1992年2月19日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月19日
發(fā)明者莫湖, 石機 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠