CN101748996B - 油田用节能抽油机构 - Google Patents

Abstract

一种油田用节能抽油机构，属于石油开采机械技术领域。包括一井架；一在台面上开设有第一、第二牵引绳孔和在台面的四周配设有护栏的机用平台，该机用平台固定在井架的顶部；第一、第二定滑轮组，设置在机用平台上；第一、第二过渡滑轮组，设置在机用平台上；一由曳引机、曳引轮和制动器构成的动力装置，设在机用平台上；牵引绳，一端与油井管的抽油杆连接，另端绕设于第二定滑轮组、第一过渡滑轮组、曳引轮、第二过渡滑轮组和第一定滑轮组后引入第一牵引绳孔与另一油井管的抽油杆连接或与配重装置连接。传动效率高；使用方便和安全可靠；整体结构简练，管护方便，可实现一机两井配置；机电一体化程度高，节约电能。

Description

油田用节能抽油机构

技术领域

本发明属于石油开采机械技术领域，具体涉及一种油田用节能抽油机构。

背景技术

油田用抽油机的技术方案在中国专利文献中可大量见诸，实用新型专利授权公告号CN2528932Y推荐了一种联动变矩游梁抽油机；授权公告号CN2553108Y提供了一种燕尾式游梁抽油机；公开号CN101148978A介绍了一种曲拉式抽油机；公开号CN101161985A举荐了一种节能型游梁抽油机；公开号CN101182762A披露了一种游梁式节能抽油机；公开号CN101215961A公诸了一种T型游梁结构节能抽油机；授权公告号CN201354627Y揭示了一种梁上助衡游梁式抽油机，等等，等等。

上述列举的但并不限于所列举的油田用抽油机的结构形式由图4所示，包括：电机1、传动带2、减速机3、曲柄4、配重块5、连杆6、支架7、游梁8、驴头9和牵引绳10，电机1为普通的三相异步电动机，传动带2的一端套置在电机1的电机皮带轮上，另一端套置在减速机3的减速机皮带轮上，曲柄4的一端与减速机3连接，另一端构成自由端，配重块5与曲柄的自由端连接，连杆6的一端铰接在曲柄4上，另一端与游梁8的后端铰接，而游梁8的近中部转动地支承在支架7的顶部，支架7的下部固定在地坪上，游梁8的前端与驴头9固定，牵引绳10的一端与驴头9连接，另一端与抽油杆11连接。抽油时，电机1工作，通过传动带2带动减速机3，由减速机3带动曲柄4旋转，由曲柄4的运动带动连杆6运动，由连杆6使固定在游梁8前端的驴头9上下摆动，进而由牵引绳10带动抽油杆11上下运动，使油井管内的石油抽出。上述结构的油田用抽油机还被形象地称为“磕摆机”，这种抽油机之所以称雄百年之久，是因为具有工作可靠的长处，在目前的国内外油田上占据绝对的统治地位。但是，由于这种抽油机的表现形式为：高起动转矩，低负荷运行，因此无用功大，严重耗取电能，因为需要由相当大的功率的电机来带动质量大的游梁运动。油田所称的采油成本高，其中主要因素为用电成本，只要用电成本得不到降低，那么采油的经济性难以体现。

为了体现节能，采油部门以及采油设备即抽油机的生产单位大都将改进的思路倾注于对电机的改造，例如改用双速电机和变频异步电机等，但由于抽油机仍表现为曲柄连杆带动游梁运动的结构形式，因而节能效果并不能达到期取的要求。此外，在美国和俄罗斯等国曾尝试过采用液压传动结构的抽油机，然而这种抽油机一经试用便暴露出了水土不服现象，那就是，对气候具有挑剔性，例如在同一地区，因气候温差大，除了对液压油产生影响外，还对密封件造成影响，无法保障工作的可靠性，故液压式的抽油机很快被冷遇或淘汰。

中国发明专利授权公告号CN1081295C展示了一种程控式往复抽油机，该专利归纳了游梁式的抽油机的欠缺(说明书第1页第4至15行)，采用电子技术的程控往复式结构，即摒弃了曲柄连杆及游梁，因而具有良好的节能效果，该专利方案的具体的技术效果可见说明书第2页第5-25行。但是该专利技术方案存在以下欠缺：一是由于采用了齿轮齿条相啮合的传动方式，因此传动阻力大，导致传动效率低下；二是反向冲击大，存在损及齿轮齿条之虞，即易造成崩齿；三是为了供齿轮齿条润滑而配备有导轨润滑油池(说明书第2页倒数第3行及图3所示)，从而给使用造成麻烦，例如需要定期或不定型地给导轨润滑油池补油，一旦导轨润滑油池少油甚至断油，则会轻而易举地招到齿轮齿条损坏或者造成运行阻力增大(摩擦力大)；四是每当完成一个上下往复运动的行程，电机和减速箱均通过装在减速箱上的四个齿轮与齿条轨道的啮合而作上下运动一次(说明书第3页第3至第7行)，因此不仅运动能耗大，不足以体现理想的节能效果，而且对始终处于上下运动状态的电机和齿轮箱的使用寿命受到影响；五是不能体现一机两用，即不能同时对两个井口交替抽油而体现两井一机，因此采油效率受到影响，尤其使油田投用的机组增加(一井一机)；六是整体结构复杂，制造成本大并且在使用中管护工作量及难度大。鉴此，有必要对前述的往复抽油机作进一步的改进，下面将要介绍的技术方案便是在这种前提下产生的。

发明内容

本发明的任务在于提供一种摒弃齿轮齿条传动而藉以体现减小传动阻力、提高传动效率和避免换向时出现冲击现象；无需对传动部件实施润滑而藉以体现使用方便和安全可靠；有助于既简化结构和体现节约电能，又可实现一机两井而藉以改善采油效率及减少油田对设备的支出成本；有益于减少管护工作量而藉以体现减轻石油工人的管护工作强度的油田用节能抽油机构。

本发明的任务是这样来完成的，一种油田用节能抽油机构，包括一井架；一在台面上开设有第一、第二牵引绳孔和在台面的四周配设有护栏的机用平台，该机用平台固定在所述井架的顶部；第一、第二定滑轮组，枢轴设置在所述机用平台上，其中，第一定滑轮组对应于所述第一牵引绳孔，而第二定滑轮组对应于所述第二牵引绳孔；第一、第二过渡滑轮组，枢轴设置在机用平台上并且位于所述的第一、第二定滑轮组之间；一由具有正反转功能的曳引机、曳引轮和制动器构成的动力装置，设在所述的机用平台上；一根或一根以上的牵引绳，一端用于与一油井管的抽油杆连接，另一端穿过所述第二牵引绳孔依次绕设于所述的第二定滑轮组、第一过渡滑轮组、曳引轮、第二过渡滑轮组和第一定滑轮组后引入第一牵引绳孔与另一油井管的抽油杆连接或与配重装置连接。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的井架上配设有通往所述的机用平台的人梯，而所述的机用平台上开设有一与所述人梯的顶部相对应的人孔。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的机用平台上搭设有一机房，所述的动力装置和所述的第一、第二定滑轮组以及第一、第二过渡滑轮组位于机房内，并且在机用平台上还设有用于为所述的动力装置提供工作电源和实施电气控制的电气控制柜。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的曳引机所用的电机为开关磁阻电机或永磁同步电机.

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的牵引绳的数量为1-6根，所述的第一、第二定滑轮组的定滑轮槽的槽数各为1-6个，所述的第一、第二过渡滑轮组的过渡滑轮槽的槽数各为1-6个。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的曳引机上安装有光电旋转编码器。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的井架的一侧固设有一对彼此纵向平行的导轨，所述的配重装置与一对导轨滑动配合，所述的牵引绳直接与配重装置连接或者间接与配重装置连接。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的配重装置包括配重块箱、配重块、纵向定位滚轮和横向定位滚轮，配重块箱的顶部延设有一铰接座，绞接座上铰接有第一桥板，第一桥板上设有与所述牵引绳的数量相等的第一调整螺钉，所述的牵引绳与第一调整螺钉连接，配重块设在配重块箱内，纵向定位滚轮有两组，分别枢轴设置在配重块箱的高度方向的对应外壁上，并且与所述的导轨滑配，横向定位滚轮有两对，其中一对枢轴设置在配重块箱的顶壁上并且与导轨滑配，而另一对横向定位滚轮枢轴设置在配重块箱的底壁上并且与导轨滑配。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的牵引绳为钢丝绳。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述的导轨的横截面形状呈T字形。

本发明提供的技术方案，由于摒弃了已有技术中的齿轮齿条传动结构，采用曳引机、曳引轮和制动器构成的动力装置以摩擦柔性传动方式驱使牵引绳运动，从而使传动阻力得以有效降低，传动效率得以提高；在传动过程中无改向冲击现象，不需要对传动部件施加润滑油，能体现使用方便和安全可靠的效果；整体结构简练，管护方便，可实现一机两井配置，从而改善采油效率和节约油田对采油设备的投入成本；机电一体化程度高，相对于游梁式的抽油机可节约电能40％以上。

附图说明

图1为本发明的一个具体的实施例结构图。

图2为图1的侧视图。

图3为本发明的配重装置与导轨相配合的结构图。

图4为已有技术中的以曲柄连杆为传动的梁游式结构的油田用抽油机的结构图。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。

请见图1和图2，给出了高度和大小以及结构形式不受图示限制的但优选以井字架形态出现的井架1，为了使井架1具有稳固性，故采用斜撑13加固，在付诸油田使用时，即在使用状态下，将井架1的底部的固定板12与油井处的地坪或称基础固定，即与油井处的预埋件固定。在井架1的一侧即图示的左侧配置有人梯11，在井架1的另一侧即图1所示的右侧配置有一对导轨14，一对导轨14彼此纵向平行，为了确保导轨14的稳定效果，在导轨14的高度方向的用导轨支架141加固，导轨支架141的一端与井架1固定，另一端优选采用螺钉1411(图3示)与导轨14固定，或者以焊接或铆接或以其它类似的方式将导轨支架141与导轨14及井架1固定。一个机用平台2固定在井架1的顶部，在该机用平台2上并且在对应于前述的人梯11的顶部开设有人孔23，作业人员循着人梯11经人孔23可抵达机用平台2，在机用平台2的长度方向的一侧还开设有彼此对应的第一、第二牵引绳孔21a、21b，以及在机用平台2的四周设置有护栏22。在机用平台2上搭设有一形状不受图示限制的机房24和设置有一电气控制柜25，电气控制柜25内装有功率变换器和微机控制器等部件。

继续见图1和图2，第一定滑轮组3设置在第一滑轮轴31上，而第一滑轮轴31设置在一对第一滑轮轴座311上，一对第一滑轮轴座311固定在机用平台2上，并且第一定滑轮组3对应于前述的第一牵引绳孔21a处。第二定滑轮组4设置在第二滑轮轴41上，而第二滑轮轴41设在一对第二滑轮轴座411上，一对第二滑轮轴座411固定在机用平台2上并且对应于所述的第二牵引绳孔21b。第一过渡滑轮组5设置在第三滑轮轴51上，而第三滑轮轴51设在一对第三滑轮轴座511上，而一对第三滑轮轴座511固定在机用平台2上。第二过渡滑轮组6设在第四滑轮轴61上，而第四滑轮轴61设在一对第四滑轮轴座611上，一对第四滑轮轴座611固定在机用平台2上。

动力装置7和前述的第一、第二滑轮组3、4以及第一、第二过渡滑轮组5、6由前述的机房蔽护，也就是说动力装置7、第一、第二滑轮组3、4和第一、第二过渡滑轮组5、6位于机房24内，以避免遭受风雨雪以及曝晒等的侵袭。动力装置7由具有正反转功能的曳引机71、曳引轮72和制动器73构成，曳引轮72固定在曳引机71的动力输出轴上，曳引机71借助于曳引机座712安装于机用平台2上，一对抱闸式制动器73与曳引机71相配合，用于对曳引机71的动力轴制动。在本实施例中，用开关磁阻电机(Swiched ReluctanceMotor<SRM>)充任曳引机71的电机，由于开关磁阻电机具有起动力矩大、起动电流小、可以频繁重载起动、无需其它的电源变压器、节能和维护简单等长处，因此申请人将其应用于油井的抽油机构上，不失为是一种极致的选择。当然如果采用稀土永磁同步电机充当曳引机71的电机也是一种理想的选择，因为这种电机的功率因素高，一方面能节约无功功率，另一方面能使定子电流下降，定子铜耗减少，提高效率，功率因素可达95％以上，故节能效果显著。由图1所示，在曳引机71上安装有一光电旋转编码器，光电旋转编码器是一种集光、机和电一体的数字检测装置，其是一种通过光电转换，将输至轴上的机械和几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，对速度或位置(角度)检测，具有精度高、响应快、抗干扰能力强和性能稳定可靠的特点。前述的曳引机71和光电旋转编码器由线路与电气控制柜电气连接。

在本实施例中，由钢丝绳充任的牵引绳8的数量为4根，因此前述的第一、第二定滑轮组3、4及第一、第二过渡滑轮组5、6的滑轮槽的槽数各为四条，即与牵引绳8的数量相匹配。如果将牵引绳8的数量减少为1根或2根或3根，又如果将牵引绳8的数量增加为5根或6根或更多，那么均应当视为本发明的保护范围。以目前的4根牵引绳为例，具体由图1所示，当本发明投用于油井时，各牵引绳8的一端即左端与油井管10的抽油杆20间接连接，这里所讲的间接连接的概念是指：将牵引绳8的一端(图1所示左端)与第二调整螺钉30固定，再将第二调整螺钉30固定于第二桥板301上，而后将第二桥板301与抽油杆20连接(铰接)。而如果牵引绳8的数量仅为一根，那么可将其与抽油杆20连接，这种连接即为直接连接。各牵引绳8的另一端即图1所示的右端穿过第二牵引绳孔21b后依次绕置于第二定滑轮组4、第一过渡滑轮组5、曳引轮72、第二过渡滑轮组6和第一定滑轮组3，并且从第一牵引绳孔21a引出，与配重装置9连接。如果两个油井管10的距离较近或称较合适，那么可将牵引绳8的右端与另一个油井管10的抽油杆20连接，在这种情况下无需使用配重装置9，以体现一机两井的作用，即采用一套本发明抽油机构可同时对两个油井管10抽油。因此本发明例举的配重装置9仅仅是一种具体的实施方式。

请见图3，配重装置9滑配在横截面形状呈T字形的一对导轨14上，配重装置9的优选而非绝对限于的结构如下：在配重块箱91的高度方向的两侧的外壁的上下方各枢轴设置有纵向定位滚轮93，各纵向定位滚轮93与导轨14相滑配(构成滚动副)，在配重块箱91的顶壁的两侧及底壁的两侧各枢轴设置有一对横向定位滚轮94，各横向定位滚轮94与导轨14滑配(构成滚动副)。一组配重块92穿置在一对彼此平行的螺杆921上并且位于配重块箱91内，前述的一对螺杆921与配重块箱91固定。在配重块箱91的顶壁上延接有一铰接座911，铰接座911上铰接有一第一桥板9111，第一桥板9111上配设有一组数量与牵引绳8的数量相等的即为4个第一调整螺钉91111。前述的牵引绳8与第一调整螺钉91111连接，如果摒弃前述的铰接座911、第一桥板9111和第一调整螺钉91111而将牵引绳8与配重块箱91的顶壁固定，那么也是可以的，鉴此，申请人将第一种连接方式称为牵引绳8与配重块箱91间接连接，而后一种连接方式称为直接连接。

使用本发明油田用节能抽油机构时，将牵引绳8的一端与油井管10的抽油杆20连接，中部绕及于前述的第二定滑轮组4、第一过渡滑轮组5、曳引轮72、第二过渡滑轮组6和第一定滑轮组3，另一端与配重装置9连接，若油井条件许可，则可将牵引绳8的另一端与另一油井管10的抽油杆20连接，起动动力装置7，在曳引机71的电机的正反转工作下，由曳引机71的摩擦柔性传动驱使牵引绳8运动，带动抽油杆20上下运动，将油井管10中的石油抽出。

综上所述，本发明提供的技术方案克服了已有技术中的抽油机的不足，体现了理想的机动车电一体化效果和节能达40％以上(相对于游梁式结构)的效果，因此可有效地降低采油成本。

Claims (10)

1.一种油田用节能抽油机构，其特征在于包括一井架(1)；一在台面上开设有第一、第二牵引绳孔(21a、21b)和在台面的四周配设有护栏(22)的机用平台(2)，该机用平台(2)固定在所述井架(1)的顶部；第一、第二定滑轮组(3、4)，枢轴设置在所述机用平台(2)上，其中，第一定滑轮组(3)对应于所述第一牵引绳孔(21a)，而第二定滑轮组(4)对应于所述第二牵引绳孔(21b)；第一、第二过渡滑轮组(5、6)，枢轴设置在机用平台(2)上并且位于所述的第一、第二定滑轮组(3、4)之间；一由具有正反转功能的曳引机(71)、曳引轮(72)和制动器(73)构成的动力装置(7)，设在所述的机用平台(2)上；一根或一根以上的牵引绳(8)，一端用于与一油井管的抽油杆连接，另一端穿过所述第二牵引绳孔(21b)依次绕设于所述的第二定滑轮组(4)、第一过渡滑轮组(5)、曳引轮(72)、第二过渡滑轮组(6)和第一定滑轮组(3)后引入第一牵引绳孔(21a)与另一油井管的抽油杆连接或与配重装置(9)连接。

2.根据权利要求1所述的油田用节能抽油机构，其特征在于所述的井架(1)上配设有通往所述的机用平台(2)的人梯(11)，而所述的机用平台(2)上开设有一与所述人梯(11)的顶部相对应的人孔(23)。

3.根据权利要求1或2所述的油田用节能抽油机构，其特征在于所述的机用平台(2)上搭设有一机房(24)，所述的动力装置(7)和所述的第一、第二定滑轮组(3、4)以及第一、第二过渡滑轮组(5、6)位于机房(24)内，并且在机用平台(2)上还设有用于为所述的动力装置(7)提供工作电源和实施电气控制的电气控制柜(25)。

4.根据权利要求1所述的油田用节能抽油机构，其特征在于所述的曳引机(71)所用的电机为开关磁阻电机或永磁同步电机。

5.根据权利要求1所述的油田用节能抽油机构，其特征在于所述的牵引绳(8)的数量为1-6根，所述的第一、第二定滑轮组(3、4)的定滑轮槽的槽数各为1-6个，所述的第一、第二过渡滑轮组(5、6)的过渡滑轮槽的槽数各为1-6个。

6.根据权利要求1所述的油田用节能抽油机构，其特征在于所述的曳引机(71)上安装有光电旋转编码器(711)。 

7.根据权利要求1所述的油田用节能抽油机构，其特征在于所述的井架(1)的一侧固设有一对彼此纵向平行的导轨(14)，所述的配重装置(9)与一对导轨(14)滑动配合，所述的牵引绳(8)直接与配重装置(9)连接或者间接与配重装置(9)连接。

8.根据权利要求7所述的油田用节能抽油机构，其特征在于所述的配重装置(9)包括配重块箱(91)、配重块(92)、纵向定位滚轮(93)和横向定位滚轮(94)，配重块箱(91)的顶部延设有一铰接座(911)，绞接座(911)上铰接有第一桥板(9111)，第一桥板(9111)上设有与所述牵引绳(8)的数量相等的第一调整螺钉(91111)，所述的牵引绳(8)与第一调整螺钉(91111)连接，配重块(92)设在配重块箱(91)内，纵向定位滚轮(93)有两组，分别枢轴设置在配重块箱(91)的高度方向的对应外壁上，并且与所述的导轨(14)滑配，横向定位滚轮(94)有两对，其中一对枢轴设置在配重块箱(91)的顶壁上并且与导轨(14)滑配，而另一对横向定位滚轮(94)枢轴设置在配重块箱(91)的底壁上并且与导轨(14)滑配。

9.根据权利要求1或5或7或8所述的油田用节能抽油机构，其特征在于所述的牵引绳(8)为钢丝绳。

10.根据权利要求7或8所述的油田用节能抽油机构，其特征在于所述的导轨(14)的横截面形状呈T字形。 

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