專利名稱：自平衡蓄能抽油機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油田采油設(shè)備地面工程裝置，特別涉及一種油田采油設(shè)備地面機(jī) 械提升部分，即油井機(jī)械采油地面裝置，也就是抽油機(jī)系列中的自平衡蓄能抽油機(jī)。
背景技術(shù)：
1、有桿泵舉升技術(shù)發(fā)展隨著油田開發(fā)的不斷深入，我國大多數(shù)油田都已進(jìn)入開發(fā)的中后期，油井逐漸喪 失自噴能力，機(jī)械采油已成為最主要的采油方式。據(jù)統(tǒng)計，我國的機(jī)械采油井約占油井總數(shù) 的90%以上。其中，抽油機(jī)-抽油桿-抽油泵組成的常規(guī)有桿泵抽油井占90%左右，產(chǎn)量 占75%以上。然而面對油田開發(fā)的不斷發(fā)展，投入開發(fā)的油藏類型越來越復(fù)雜，泵掛深度的 不斷增加和老油田含水的持續(xù)上升，國內(nèi)外相繼研制開發(fā)了許多新型抽油機(jī)、抽油桿和抽 油泵，使得傳統(tǒng)抽油設(shè)備在性能和適應(yīng)性上有了新的突破。2、抽油機(jī)技術(shù)進(jìn)展根據(jù)油田生產(chǎn)需要，在現(xiàn)場生產(chǎn)上，各油田投入使用的抽油機(jī)種類比較繁多。按 其使用要求大體可分為以下幾種，比如低矮型、前置式、緊湊型、無游梁長沖程等抽油機(jī)能 夠適應(yīng)各種自然地理條件的需要；液壓缸式、增大沖程游梁式等抽油機(jī)主要適應(yīng)高含水、含 砂、含石膏、含石蠟等油井，也適應(yīng)抽汲和稠油、低滲透油層的開采；斜井抽油機(jī)、叢式井抽 油機(jī)、雙驢頭抽油機(jī)、雙井平衡抽油機(jī)、緊湊型抽油機(jī)等能夠適應(yīng)直井、斜井、定向井、叢式 井、水平井抽汲的需要。目前，適應(yīng)深井抽汲的大型抽油機(jī)的最大載荷達(dá)到213kN，最大下泵 深度達(dá)到4420m ；近年來美國研制出了沖程長度為30. 48m的超長沖程抽油機(jī)，以適應(yīng)長沖 程抽油的需要。但伴隨而來的是開發(fā)成本的不斷攀升，其中主要一項就是機(jī)械采油的電能 消耗持續(xù)攀升，機(jī)械采油成了油田開發(fā)過程中的能耗大戶，據(jù)不完全統(tǒng)計，在油田能耗中， 機(jī)械采油占80%左右。為節(jié)約動力消耗，還研制應(yīng)用了異相型、前置式、大圈式、輪式、玻璃 鋼桿、六連桿等新型節(jié)能抽油機(jī)，但受多種因素影響，很多種抽油機(jī)僅僅是做了礦場試驗， 歸結(jié)起來主要還是存在適用性不強(qiáng)、節(jié)能效果不佳、投入產(chǎn)出不成比例和相關(guān)技術(shù)還待完 善等；應(yīng)用較廣泛的還是游梁式抽油機(jī)和皮帶式抽油機(jī)等。3、抽油機(jī)目前存在的問題和不足不管是已研制應(yīng)用了的異相型、前置式、大圈式、輪式、玻璃鋼桿、六連桿等新型節(jié) 能抽油機(jī)，還是油田常用的皮帶式抽油機(jī)(主要是解決大沖程)和游梁式抽油機(jī)，都存在其 平衡塊重量在抽油機(jī)下行的過程中，不能被油井中桿柱重量平衡掉的部分，都要靠電機(jī)動 力來做工補(bǔ)償，這就是抽油機(jī)目前存在的最大問題和不足，也就是抽油機(jī)正常生產(chǎn)中的主 要能耗點，只有解決這個問題才能從根本上解決抽油機(jī)的節(jié)能問題，然而因為人們一直認(rèn) 為這是合理的能源消耗，到目前為止，還沒有一種抽油機(jī)產(chǎn)品是從這一點切入的；但是根據(jù) 抽油機(jī)工作時的自身獨有特點，油井里抽油桿自重在抽油機(jī)上行和下行時，始終伴隨一個 動能和勢能的不斷轉(zhuǎn)化。4、目前采用的節(jié)能解決方法和措施
針對上述問題，目前油田采用的抽油機(jī)節(jié)能辦法主要有系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計方法和 節(jié)能設(shè)備優(yōu)化配置法(1)系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計主要是采用敏感性分析與動態(tài)仿真結(jié)合的方法，建立了從地面到地下13個方面 的計算、分析模型；定量地計算了主要參數(shù)對系統(tǒng)效率的敏感性程度。改進(jìn)了多相流條件下 抽油機(jī)井有效功率、泵效的計算方法；改進(jìn)了系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)的計算方法，建立了系統(tǒng)效率動 態(tài)仿真模型，開發(fā)了抽油機(jī)井系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計和以動態(tài)仿真為基礎(chǔ)的參數(shù)敏感性分析計 算機(jī)軟件，對生產(chǎn)油井進(jìn)行時時現(xiàn)場調(diào)整，提高單井系統(tǒng)效率來達(dá)到節(jié)能的目的。(2)節(jié)能設(shè)備優(yōu)化配置選用一種節(jié)能產(chǎn)品，可提高電動機(jī)的負(fù)載率，減小電動機(jī)的損耗，提高運行效率， 達(dá)到節(jié)能的目的。如選用多種進(jìn)行疊加使用，可能出現(xiàn)兩種情況一是電動機(jī)的負(fù)載率已達(dá) 到臨界值，只有一種節(jié)能裝置主要起作用；二是當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載率已達(dá)到臨界值，再進(jìn)行調(diào) 壓反而使電動機(jī)的內(nèi)部損耗增加或使原調(diào)壓系統(tǒng)紊亂，降低了電動機(jī)效率，增加了損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種自平衡蓄能抽油機(jī)， 通過抽油機(jī)工作過程中，利用系統(tǒng)內(nèi)能量來補(bǔ)充平衡抽油機(jī)從油井里舉升當(dāng)量的液體需要 做的額定功，即用抽油機(jī)下行時的平衡力作為動力來舉升平衡塊做勢能儲備，有效利用自 身系統(tǒng)的能量來進(jìn)行動能和勢能的轉(zhuǎn)變，從根本上改變現(xiàn)有抽油機(jī)的勢能儲備需要外部動 力來提供，從而達(dá)到抽油機(jī)節(jié)能的目的。其技術(shù)方案是主要由驢頭、游梁、平衡塊及曲柄、曲柄連桿、平衡傳動輪、曲柄、游 梁支架、平衡傳動輪鏈條、鋼絲繩、抽油機(jī)底座、杠桿提升系統(tǒng)和動力提升系統(tǒng)組成，在抽油 機(jī)底座的一端固定游梁支架，游梁支架的頂部活動連接游梁，游梁的一端連接驢頭，游梁的 另一端通過曲柄連桿連接曲柄平衡系統(tǒng)，所述的曲柄平衡系統(tǒng)主要由平衡傳動輪、曲柄、平 衡塊及曲柄、平衡傳動輪鏈條組成，曲柄連桿與曲柄的上端鉸接，曲柄的下端連接平衡傳動 輪，所述的平衡傳動輪上還連接平衡塊及曲柄的底端，平衡塊及曲柄的頂端通過鋼絲繩與 杠桿提升系統(tǒng)連接，所述的杠桿提升系統(tǒng)通過鋼絲繩與動力提升系統(tǒng)連接，所述的平衡傳 動輪通過平衡傳動輪鏈條與動力提升系統(tǒng)中的平衡傳動副輪連接，把抽油機(jī)下行時油井里 抽油桿柱做自由下落產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化為平衡塊及曲柄上升的動能，儲備平衡塊的勢能。上述的杠桿提升系統(tǒng)主要由提升杠桿、提升杠桿鉸鏈、緩沖杠桿、提升杠桿支架組 成，所述的提升杠桿支架的底部固定在抽油機(jī)底座的中部，提升杠桿支架的頂端通過提升 杠桿鉸鏈連接提升杠桿和緩沖杠桿，所述的鋼絲繩通過提升杠桿和緩沖杠桿的尾端分別連 通動力提升系統(tǒng)和平衡塊及曲柄。上述的動力提升系統(tǒng)主要由平衡傳動副輪、提升滾筒、輔助傳動輪、電動機(jī)、輔助 傳動輪皮帶、提升軸支架組成，所述的平衡傳動副輪、提升滾筒、輔助傳動輪連接在一起，且 通過提升軸支架固定在抽油機(jī)底座的尾部，通過輔助傳動輪皮帶與電動機(jī)連接。本發(fā)明的工作原理是將常規(guī)游梁式抽油機(jī)平衡塊曲柄的運動與曲軸運動可離 合，連桿與曲軸運動始終保持一致；當(dāng)平衡塊及曲柄從最高點向下運動時，平衡塊及曲柄、 曲柄嚙合為一體，帶動曲柄向下運動，這時游梁在連桿的作用下也向下運動，完成上沖程，實現(xiàn)向上舉升油井液體的作用；當(dāng)平衡塊及曲柄從最高點向下運動到最低點時，平衡塊及 曲柄與曲柄分離，這時，在油井抽油桿柱重量的作用下，通過游梁和連桿的作用，曲柄得從 最低點向上運動，繼續(xù)向最高點做圓周運動，完成下沖程；在這個過程中，為了平衡油井抽 油桿柱重量，就通過一套杠桿機(jī)構(gòu)把這個平衡力轉(zhuǎn)為平衡塊曲柄從最低點向最高點運動的 動力，當(dāng)平衡塊及曲柄到達(dá)最高點時，平衡塊及曲柄、曲柄又嚙合為一體，帶動曲柄向下運 動，繼續(xù)做又一個沖程運動。本發(fā)明的有益效果是當(dāng)曲軸在最低點和平衡塊曲柄分離后，曲柄在油井抽油桿 柱重力作用下，繼續(xù)反時針方向做圓周運動到最高點，平衡塊曲柄也在杠桿的作用下，從最 低點向相反的方向順時針運動到最高點，這樣做就是為了充分地利用系統(tǒng)自身動能來完成 勢能補(bǔ)充，最大限度降低輔助電機(jī)動力，從而達(dá)到節(jié)能的作用。為實現(xiàn)抽油機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部能量 轉(zhuǎn)化，首先就得把抽油機(jī)下行時，油井抽油桿柱重力通過游梁作用在曲軸上的力，用鏈輪傳 遞到絞盤上，再通過絞盤拉動鋼絲和杠桿，從而完成平衡塊曲柄從最低點向最高點的運動， 實現(xiàn)內(nèi)部能量的轉(zhuǎn)化。
四

附圖1是本發(fā)明的自平衡蓄能抽油機(jī)主視模型圖；附圖2是本發(fā)明的半剖視模型圖；附圖3是本發(fā)明的俯視模型圖；附圖4是本發(fā)明的半剖俯視模型圖；附圖5是本發(fā)明的曲柄連桿局部視圖；附圖6是本發(fā)明的曲柄連桿局部側(cè)視圖；附圖7是本發(fā)明的動力提升部分的結(jié)構(gòu)示意圖。上圖中驢頭⑴、游梁⑵、平衡塊及曲柄(3)、提升杠桿⑷、緩沖杠桿(5)、曲柄 連桿(6)、平衡傳動輪(7)、曲柄(8)、輔助傳動輪(9)、提升滾筒(10)、平衡傳動副輪(11)、 游梁支架(12)、提升杠桿鉸鏈(13)、平衡傳動輪鏈條(14)、鋼絲繩(15)、提升杠桿支架 (16)、電動機(jī)(17)、輔助傳動輪皮帶(18)、提升軸支架(19)、抽油機(jī)底座(20)。
五具體實施例方式結(jié)合附圖1-7，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述本發(fā)明主要包括游梁平衡系統(tǒng)、曲柄平衡系統(tǒng)、杠桿提升系統(tǒng)和動力提升系統(tǒng)，游梁平衡系統(tǒng)主要由驢頭1、驢頭銷子、游梁2、游 梁支架12、曲柄連桿6、曲柄連桿鉸鏈軸承及配件組成，曲柄平衡系統(tǒng)主要由平衡傳動輪7、 曲柄8、平衡塊及曲柄3、平衡傳動輪鏈條14組成，杠桿提升系統(tǒng)主要由提升杠桿4、提升杠 桿鉸鏈13、緩沖杠桿5、提升杠桿支架16組成，所述的提升杠桿支架16的底部固定在抽油 機(jī)底座20的中部，提升杠桿支架16的頂端通過提升杠桿鉸鏈13連接提升杠桿4和緩沖杠 桿5，所述的鋼絲繩15通過提升杠桿4和緩沖杠桿5的尾端分別連通動力提升系統(tǒng)和平衡 塊及曲柄3。所述的動力提升系統(tǒng)主要由平衡傳動副輪11、提升滾筒10、輔助傳動輪9、電 動機(jī)17、輔助傳動輪皮帶18、提升軸支架19組成，所述的平衡傳動副輪11、提升滾筒10、輔 助傳動輪9連接在一起，且通過提升軸支架19固定在抽油機(jī)底座20的尾部，通過輔助傳動 輪皮帶18與電動機(jī)17連接。
本發(fā)明的工作原理和過程如下(1)抽油機(jī)下行程就是驢頭1從上死點向下死點運動的過程，就是曲柄8、平衡塊及曲柄3在最高點嚙合運動到最低點自動分離后，油井里抽油桿柱重量通過驢頭1作用在 游梁2上，根據(jù)游梁的杠桿平衡作用原理，通過游梁后端的曲柄連桿6就帶動曲柄8繼續(xù)逆 時針方向做圓周運動；這時，由于平衡傳動輪7是通過曲柄8做圓周運動而帶動其轉(zhuǎn)動的， 再經(jīng)過鏈條轉(zhuǎn)遞到平衡傳動副輪11上，從而帶動提升滾筒10旋轉(zhuǎn)向下拉動鋼絲繩，當(dāng)鋼絲 繩不斷向下運動，同樣通過提升杠桿4和緩沖杠桿5的平衡作用原理，就把平衡塊及曲柄3 改為順時針方向不斷向上提升，直至最高點；在這個過程中，通過提升杠桿4和緩沖杠桿5 及平衡傳動輪7等一系列機(jī)構(gòu)作用，就把抽油機(jī)下行時油井里抽油桿柱做自由下落產(chǎn)生的 動能轉(zhuǎn)化為平衡塊上升的動能，達(dá)到平衡塊勢能儲備的作用，平衡塊及曲柄3就靠系統(tǒng)內(nèi) 的能量轉(zhuǎn)變作為系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的動力，驅(qū)動其從相反方向向最高點運動；而根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計和生 產(chǎn)實際調(diào)整，油井里抽油桿柱做自由下落產(chǎn)生的動能和提升平衡塊及曲柄3需要的力都共 同作用在提升滾筒10上，這兩個力在使提升滾筒10轉(zhuǎn)動這個過程中基本相等，為保證其在 上下死點能正常過渡運轉(zhuǎn)，再輔助一個很小的動力，通過輔助傳動輪9也作用在提升滾筒 10上即可，這就是跟傳統(tǒng)抽油機(jī)和現(xiàn)有一切節(jié)能型抽油機(jī)的本質(zhì)區(qū)別，也是該設(shè)計方案能 實現(xiàn)大幅度降低能耗的關(guān)鍵所在。(2)抽油機(jī)上行程就是驢頭1從下死點向上死點運動的過程，就是曲柄8、平衡塊 及曲柄3從下死點分離后相向運動到最高點時再次嚙合成一體，在平衡塊的重力作用下， 帶動曲柄8、平衡塊及曲柄3做逆時針方向從最高點向最低點運動，這時，隨著曲柄8的圓周 運動，通過游梁后端的曲柄連桿作用，就帶動游梁2向下運動，根據(jù)游梁的杠桿平衡作用原 理，就把平衡塊在重力作用下產(chǎn)生向下的動力通過游梁2傳遞到驢頭1上，帶動驢頭向上運 動，對油井里抽油桿柱重量、液柱重量，振動載荷、原油粘阻、管網(wǎng)回壓等做功，直至最高點， 從而達(dá)到舉升油井液體的作用，這一點跟傳統(tǒng)抽油機(jī)相同。所不同的就是，當(dāng)曲柄與平衡塊 及曲柄3共同從最高點運動到最低點時，作用在曲柄上的力由阻力立刻變成帶動平衡塊及 曲柄3向上的動力，再在輔助動力的作用下，隨時調(diào)整曲柄8、平衡塊及曲柄3的運動頻率， 保證其能量轉(zhuǎn)化的最大有效行程。
權(quán)利要求
一種自平衡蓄能抽油機(jī)，其特征是主要由驢頭(1)、游梁(2)、平衡塊及曲柄(3)、曲柄連桿(6)、平衡傳動輪(7)、曲柄(8)、游梁支架(12)、平衡傳動輪鏈條(14)、鋼絲繩(15)、抽油機(jī)底座(20)、杠桿提升系統(tǒng)和動力提升系統(tǒng)組成，在抽油機(jī)底座(20)的一端固定游梁支架(12)，游梁支架(12)的頂部活動連接游梁(2)，游梁(2)的一端連接驢頭(1)，游梁(2)的另一端通過曲柄連桿(6)連接曲柄平衡系統(tǒng)，所述的曲柄平衡系統(tǒng)主要由平衡傳動輪(7)、曲柄(8)、平衡塊及曲柄(3)、平衡傳動輪鏈條(14)組成，曲柄連桿(6)與曲柄(8)的上端鉸接，曲柄(8)的下端連接平衡傳動輪(7)，所述的平衡傳動輪(7)上還連接平衡塊及曲柄(3)的底端，平衡塊及曲柄(3)的頂端通過鋼絲繩(15)與杠桿提升系統(tǒng)連接，所述的杠桿提升系統(tǒng)通過鋼絲繩(15)與動力提升系統(tǒng)連接，所述的平衡傳動輪(7)通過平衡傳動輪鏈條(14)與動力提升系統(tǒng)中的平衡傳動副輪(11)連接，把抽油機(jī)下行時油井里抽油桿柱做自由下落產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化為平衡塊及曲柄(3)上升的動能，儲備平衡塊的勢能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自平衡蓄能抽油機(jī)，其特征是所述的杠桿提升系統(tǒng)主要由 提升杠桿(4)、提升杠桿鉸鏈(13)、緩沖杠桿(5)、提升杠桿支架(16)組成，所述的提升杠桿 支架(16)的底部固定在抽油機(jī)底座(20)的中部，提升杠桿支架(16)的頂端通過提升杠桿 鉸鏈(13)連接提升杠桿(4)和緩沖杠桿(5)，所述的鋼絲繩(15)通過提升杠桿(4)和緩沖 杠桿(5)的尾端分別連通動力提升系統(tǒng)和平衡塊及曲柄(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自平衡蓄能抽油機(jī)，其特征是所述的動力提升系統(tǒng)主要由 平衡傳動副輪(11)、提升滾筒(10)、輔助傳動輪(9)、電動機(jī)(17)、輔助傳動輪皮帶(18)、提 升軸支架(19)組成，所述的平衡傳動副輪(11)、提升滾筒(10)、輔助傳動輪(9)連接在一 起，且通過提升軸支架(19)固定在抽油機(jī)底座(20)的尾部，通過輔助傳動輪皮帶(18)與 電動機(jī)(17)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自平衡蓄能抽油機(jī)。其技術(shù)方案是主要由游梁平衡系統(tǒng)、曲柄平衡系統(tǒng)、杠桿提升系統(tǒng)和動力提升系統(tǒng)組成，在抽油機(jī)底座的一端固定游梁平衡系統(tǒng)，游梁的另一端通過曲柄連桿連接曲柄平衡系統(tǒng)，平衡塊及曲柄的頂端通過鋼絲繩與杠桿提升系統(tǒng)連接，所述的杠桿提升系統(tǒng)通過鋼絲繩與動力提升系統(tǒng)連接，所述的平衡傳動輪通過平衡傳動輪鏈條與動力提升系統(tǒng)中的平衡傳動副輪連接，把抽油機(jī)下行時油井里抽油桿柱做自由下落產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化為平衡塊及曲柄上升的動能，儲備平衡塊的勢能。有益效果是充分地利用系統(tǒng)自身動能來完成勢能補(bǔ)充，最大限度降低輔助電機(jī)動力，從而達(dá)到節(jié)能的作用。
文檔編號F04B47/14GK101806201SQ20101013522
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者劉昌進(jìn), 吳明林, 徐榮恩 申請人:徐榮恩