專利名稱：與采油井架聯(lián)用的數(shù)控抽油機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種結(jié)構(gòu)新穎的抽油機，即與采油井架聯(lián)用的數(shù)控抽油機，屬于機電一體化的石油開采機械技術(shù)領(lǐng)域。
我國油田采油所使用的抽油機，通常是由包括主柱、游梁、繩索、抽油筒、減速箱、電機，曲柄連桿式傳動機構(gòu)和鑄鐵平衡塊等構(gòu)成的機械傳動裝置所組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高，操作繁瑣、傳動部件磨損嚴重。加上我國油田中稠油和深井開采任務(wù)日趨繁重，現(xiàn)有的機械式抽油機弊病更顯突出；因使用普通電動機驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速和工藝不可實時調(diào)整，抽油活塞的運動速度只能按傳動機構(gòu)的固定機械規(guī)律運行，會出現(xiàn)抽空問題；對于稠油井，因每口井的原油粘滯度變化很大，即使同一油井的生產(chǎn)過程中，石油粘滯度也會發(fā)生變化，所以抽油機在工作過程中力矩變化很大，而轉(zhuǎn)速變化相對較小，這種動力特性很難找到一種機械傳動機構(gòu)與之相匹配。所以現(xiàn)有的各種型號的機械抽油機對于國內(nèi)這些油井的適應(yīng)性差，生產(chǎn)率和能量利用率都很低，有時盡管配備的驅(qū)動電機額定功率比抽油時實際消耗的功率要大得多，但是開采稠油時，仍會發(fā)生動力不足或攻效欠佳的窘?jīng)r。
本實用新型的目的是提供一種利用現(xiàn)有采油井架和通用機電設(shè)備構(gòu)成的新型數(shù)控抽油機，以取代現(xiàn)在的機械傳動結(jié)構(gòu)的抽油機。
本實用新型包括有采油井架、抽油井筒、抽油活塞、鋼絲繩、卷揚機、電動機、平衡配重，其特征在于(1)以采油井架作為機架，其頂端的定滑輪組的兩側(cè)滑輪上纏繞的平衡鋼絲繩的一端通過光桿卡子與抽油活塞相連接，另一端串接有平衡配重，并經(jīng)機架下側(cè)的下導(dǎo)輪而纏繞在數(shù)控卷揚機的滾筒一側(cè)，該滾筒的另一側(cè)繞有與平衡鋼絲繩繞向相反的牽引鋼絲繩，牽引鋼絲繩的一端固裝在滾筒上，另一端則經(jīng)定滑輪組的中間滑輪導(dǎo)向后固定在平衡配重的上部；在機架的上下兩側(cè)裝有位置傳感器，在平衡配重上裝有與作業(yè)行程對應(yīng)的發(fā)訊磁塊；(2)電動機為數(shù)控全速稀土同步電機，其輸入端接有可調(diào)頻逆變電源，抽油井的出油口裝有壓力傳感器和對可調(diào)頻逆變電源進行控制的可編程控制器，壓力傳感器和位置傳感器的輸出端都與可編程控制器的輸入端相連。
本實用新型對傳統(tǒng)的機械抽油機作了兩方面的改進一是選用以數(shù)控技術(shù)和稀土新材料為基礎(chǔ)的數(shù)控稀土同步電機、與其配套的數(shù)控可變頻逆變電源、可編程工業(yè)控制器和傳感器件構(gòu)成新型機電一體化的數(shù)控電力拖動設(shè)備和技術(shù)(專利申請?zhí)朇N92100001.4)，這是一種可以實時調(diào)整其工況的新型電力拖動方式，突破了傳統(tǒng)機械采油設(shè)備的老框框必須通過各種復(fù)雜的機械零件、結(jié)構(gòu)才能完成設(shè)計所規(guī)定的各種機械動作，從而使發(fā)明的機械傳動結(jié)構(gòu)大為簡化，且能耗下降、產(chǎn)油量上升而提高其經(jīng)濟效益。二是對數(shù)控抽油機的金屬機架和結(jié)構(gòu)部件進行簡化，充分利用目前現(xiàn)有的生產(chǎn)油井自身具備的采油作業(yè)井架作為機架，再輔以通用設(shè)備和通用配件構(gòu)成本實用新型的機械結(jié)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)更趨合理、簡便、易于安裝、使用和維修，并大大降低其制造成本。據(jù)測算，本實用新型的機械結(jié)構(gòu)部分因利用原有作業(yè)井架使其生產(chǎn)成本下降20％左右(與傳統(tǒng)抽油機比較)?？傊?，本實用新型是一種機械結(jié)構(gòu)簡單，充分利用現(xiàn)有作業(yè)井架，性能可靠穩(wěn)定，便于控制管理的機電一體化新型石油開采裝備。
以下結(jié)合附圖，具體介紹本實用新型。



圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型的鋼絲繩系傳動示意圖。
參見
圖11是采油作業(yè)井架，本實用新型用以作為機架，既節(jié)省鋼材和制作成本，又便于在現(xiàn)有生產(chǎn)油井上推廣本實用新型進行技術(shù)改造。2是定滑輪組，它也就是原來采油井架上的天車。定滑輪組2的兩側(cè)滑輪21(參見圖2)纏繞的是平衡鋼絲繩3，其一端通過光桿卡子4與抽油活塞的光桿15相連接，另一端的中間串接有平衡配重5，再經(jīng)機架下側(cè)的下導(dǎo)輪6而纏繞在數(shù)控卷揚機7的滾筒72一側(cè)，平衡配重5和光桿卡子4的靜載負荷應(yīng)是基本均衡的。在滾筒72的另一側(cè)繞有與平衡鋼絲繩3的繞向相反的牽引鋼絲繩13，牽引鋼絲繩13的一端繞固在滾筒72上，另一端則經(jīng)定滑輪組2的中間滑輪22導(dǎo)向后固定在平衡配重5的上部。在平衡配重5上裝有與作業(yè)行程相對應(yīng)的發(fā)訊磁塊10、11，而在機架的上、下側(cè)分別裝有位置傳感器9、8，通過改變位置傳感器9、8及對其發(fā)出磁敏信號的發(fā)訊磁塊10、11的安放位置，可以調(diào)節(jié)本實用新型抽油活塞的工作行程及其空間位置。數(shù)控卷揚機7的驅(qū)動電機71為數(shù)控全速稀土同步電機，其輸入端接有可調(diào)頻逆變電源19，在抽油井16的出油口處裝有壓力傳感器17和對可調(diào)頻逆變電源19進行控制的可編程控制器18，壓力傳感器17和位置傳感器8、9的輸出端都與可編程控制器的輸入端相連。在平衡鋼絲繩3的兩端分別裝有帶有緩沖塊的兩個限位保險橫梁12、14，它的作用是可以使抽油機的行程位置限制在允許工作的長度范圍內(nèi)。
本實用新型的工作原理與普通抽油機是基本相同的，即用電機71驅(qū)動卷揚機7的滾筒72施轉(zhuǎn)，使?jié)L筒上的鋼絲繩被纏繞或釋放而作直線運動。其中牽引鋼絲繩13一端與平衡配重5的上部固接，另一端經(jīng)上導(dǎo)輪22導(dǎo)向后繞固在滾筒72的一側(cè)，該滾筒另一側(cè)反向繞有平衡鋼絲繩，故滾筒旋轉(zhuǎn)時，牽引鋼絲繩使平衡配重上升，抽油活塞下降時，另一側(cè)滾筒則逐漸釋放其上逆向纏繞的平衡鋼絲繩。只要控制改變電機71的正反向轉(zhuǎn)動就可使牽引鋼絲繩13作往復(fù)運動，帶動抽油活塞上下運動，完成抽油動作。由于本實用新型采用申請人研制的數(shù)控全速同步電機(專利號CN91203427.0)作動力機，其輸入端接有數(shù)控可調(diào)逆變電源19，通過可編程控制器18的控制，可以改變可調(diào)頻逆變電源19的輸出電壓、電流頻率和相位，使電機71的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和扭矩都可以實時控制，從而可以隨時改變抽油機的抽油活塞的運動方向和速度。通過壓力傳感器17和位置傳感器8.9可以測量活塞抽油時的阻力和位置，并同時輸入到可編程工業(yè)控制器18中，由工業(yè)控制器18根據(jù)輸入的運行狀態(tài)與設(shè)定的最佳工藝運行參數(shù)作比較，對可調(diào)頻逆變電源19進行數(shù)字控制，使抽油機在最佳工況下運行，自動避免了抽空現(xiàn)象的發(fā)生。由于在平衡鋼絲繩的兩端分別裝有靜載荷基本相等的光桿卡子和平衡配重，使得它與抽油活塞等運動部件配合，電機71的輸出扭矩只承受抽油時的動載荷，這又為延長本設(shè)備的使用壽命，減少沖擊載荷和磨損提供了條件。
本實用新型選用的電動機是已獲專利的數(shù)控全速稀土同步電機。這種電機采用稀土永磁體做轉(zhuǎn)子，與數(shù)控電源配套，可在大范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而與負載大小基本無關(guān)，機械特性好，啟動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動慣量小，可依電源頻率、脈寬、相位等實時改變轉(zhuǎn)速，能耗低，結(jié)構(gòu)簡單，特別適宜抽油機這種負載特性變化劇烈的工作機作驅(qū)動力。當轉(zhuǎn)速從低速到高速變化劇烈時，其輸出扭矩仍維持幾乎不變，這樣就便于實現(xiàn)對抽油機的變工況驅(qū)動，可以適應(yīng)地層深處地質(zhì)情況差異大、儲油深度、石油粘滯度和含水量等參數(shù)不一的復(fù)雜情況，從根本上解決傳統(tǒng)機械抽油機只能按照固定不變的傳動規(guī)律完成固定的采油工作循環(huán)僵硬而低效的老大難問題?？梢允孪葴y好各種工藝參數(shù)，編制最佳工況的動態(tài)特性數(shù)據(jù)和軟件裝入可編程工業(yè)控制器18里，由其發(fā)出相應(yīng)指令饋送給數(shù)控可逆電源19里，輸出頻率、脈寬、幅度、相位都可調(diào)的脈沖給全速稀土同步電機勵磁，實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和扭矩、行程的控制，同時隨時通過壓力傳感器17和位置傳感器8、9掌握采油工況，并與最佳工藝參數(shù)作比較，實時進行調(diào)節(jié)，能使本實用新型始終自行適應(yīng)油井里石油粘度和含水量的變化，使抽油機運行在最佳工作狀態(tài)，而具有較高的生產(chǎn)率和能量利用率。
本實用新型使用的數(shù)控全速稀土同步電機、可調(diào)頻逆變電源等均是機電一體化的新型通用設(shè)備，前者已有工廠在試制生產(chǎn)，后者可選用申請人的CN90202757或CN90203323專利，也可選用日本富士公司的G7系列逆變器，無須特殊改裝，可編程控制器可以是普通工業(yè)過程控制器或工業(yè)控制計算機。定滑輪組、滾筒、平穩(wěn)配重和鋼絲繩等均為普通機械配件?？傊緦嵱眯滦褪前训孛娴臋C械設(shè)備、驅(qū)動動力、傳感器件和抽油井通過實時控制技術(shù)組成一個有機整體，充分利用地層內(nèi)部蘊合的能量，再輔以電網(wǎng)供給的原動力作為采油提升的驅(qū)動源，使設(shè)備能耗低、工效高、操作簡便，使用壽命長。
權(quán)利要求1.一種與采油井架聯(lián)用的數(shù)控抽油機，包括有采油井架、抽油井筒、抽油活塞、鋼絲繩、卷揚機、電動機、平衡配重，其特征在于(1)以采油井架作為機架，其頂端的定滑輪組的兩側(cè)滑輪上纏繞的平衡鋼絲繩的一端通過光桿卡子與抽油活塞相連接，另一端串接有平衡配重，并經(jīng)機架下側(cè)的下導(dǎo)輪而纏繞在數(shù)控卷揚機的滾筒一側(cè)，該滾筒的另一側(cè)繞有與平衡鋼絲繩繞向相反的牽引鋼絲繩，牽引鋼絲繩的一端固裝在滾筒上，另一端則經(jīng)定滑輪組的中間滑輪導(dǎo)向后固定在平衡配重的上部；在機架的上下兩側(cè)裝有位置傳感器，在平衡配重上裝有與作業(yè)行程對應(yīng)的發(fā)訊磁塊；(2)電動機為數(shù)控全速稀土同步電機，其輸入端接有可調(diào)頻逆變電源，抽油井的出油口裝有壓力傳感器和對可調(diào)頻逆變電源進行控制的可編程控制器，壓力傳感器和位置傳感器的輸出端都與可編程控制器的輸入端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的與采油井架聯(lián)用的數(shù)控抽油機，其特征在于在平衡鋼絲繩的兩端分別裝有帶緩沖塊的限位保險橫梁。
專利摘要一種與采油井架聯(lián)用的數(shù)控抽油機，利用現(xiàn)有油井的作業(yè)井架作機架，用可調(diào)頻逆變電源饋電的全速稀土同步電機驅(qū)動卷揚機，再輔以定滑輪組、平衡配重、鋼絲繩和抽油井筒、活塞、光桿等通用部件組成的，還配設(shè)有壓力傳感器、位置傳感器和可編程控制器。該設(shè)備充分利用現(xiàn)有井架，便于推廣應(yīng)用，能實現(xiàn)隨機變工況的優(yōu)化控制，取得高產(chǎn)低耗的最佳采油效益，結(jié)構(gòu)簡單，通用性強，是機電一體化的新型石油開采機械裝備。
文檔編號F04B47/02GK2164474SQ9321722
公開日1994年5月11日 申請日期1993年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月30日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠