CN102182429B - 海上平台用气平衡液压抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种新型气平衡液压抽油机，海上平台用气平衡液压抽油机是由悬绳器、动滑轮、柔性连接机构、定滑轮、蓄能器、支架、复合阶梯式液压缸和液压泵系统组成。桁架式机架内部空间装有液压缸，活塞杆的下端与动滑轮连接，支架顶部装有蓄能器。该抽油机结构简单安装方便，与常规节能型抽油机相比节能效果更加显著，克服了现有抽油机因体积大、占地面积大、整机重量大而不能满足海上采油要求的缺点，为我国海上油田的后期开发提供了一种新型采油设备。

Description

海上平台用气平衡液压抽油机

技术领域

本发明是一种新型气平衡液压抽油机，主要应用于油田有杆泵采油技术领域，特别适用于海上油田的后期开发。

背景技术

液压抽油机利用液压传动方式将发动机的高速旋转运动通过液压执行元件(液压缸或液压马达)转化成抽油机悬点处的垂直直线往复运动，并带动井下抽油泵实现采油作业。实践证明，液压抽油机具有以下几方面的优点：液压抽油机不仅从结构原理方面打破了游梁式抽油机将电能转换为旋转运动，再利用机械的方法将旋转运动转变为直线往复运动的做法，而且传动效率高，能实现无级调整地面参数，通过液压系统的优选调整，其上、下冲程速度可以分开调节，在稠油的开发中具有较大的优越性；在一定的抽油机泵排量条件下，液压抽油机还可以减轻抽油杆的作用载荷，为扩大有杆抽油设备在井深和产量方面的使用范围创造了条件；从机理方面分析液压抽油机作为长冲程抽油机的机型是非常合适的，因为只要相应地加长工作液缸的长度，就可以获得相当长的冲程，此时抽油机的复杂程度、重量、成本都增加得不多，其重量只相当同类游梁式抽油机的10％-20％，而且可以方便地无级调整冲程、冲数，为自动控制满足采油工艺技术要求创造了良好的条件。在一冲程内90％以上时间均处于匀速状态，惯性载荷小，运动性能良好。另外液压抽油机体积小，质量小，结构紧凑，占地面积小，可以满足海洋和沼泽地区油田的开发；可以实现全封闭作业，适用于西部沙漠地区油田的深井或超深井油气开发；液压抽油机内较多的液压标准件构成，可以简化整套设备的设计开发和制造过程；同时易于机电液一体化等技术的实施，液压抽油机可以实现自动控制和遥控，并易于实现过载保护，不易发生设备事故；在机电一体化实施后，液压抽油机可实现对油井工况的自动检测，对工作参数进行自适应调节，提高了其自适应性，这是其他任何一种抽油机所不具备的。

通过对海上采油环境的调查以及对现有各种抽油机的综合比较及分析发现随着油田的开发，大量的稠油区块要进行开采动用，由于要进行注蒸气进行开采，电潜泵已不能满足油田开采的需要，需开发新的采油工艺配套技术来满足油井的需求，而目前国内外已有的各种抽油机不能满足在海上采油平台上应用的要求，必须采用有效的措施来减小抽油机的整机高度、整机质量和占地面积。而液压式抽油机具有体积小，占地面积小、冲程长的优点，因此也成为新型采油设备的研究热点。目前已设计出的液压抽油机有链式长冲程液压抽油机、组合液压缸节能液压抽油机、以蓄能器平衡载荷的变频液压闭式节能抽油机、新型节能变频闭式液压抽油机等，但是它们由于自身存在的一些缺点均不适用于海上采油，例如，链式长冲程抽油机实现了长冲程低冲次，但是结构较复杂，此外由于其平衡方式是配重箱平衡，整机质量大；组合液压缸节能液压抽油机具有显著的节能效果，但是从受力的角度来分析，活塞杆受力不对称，存在液压缸和活塞偏磨的问题；以蓄能器平衡载荷的变频液压闭式节能抽油机采用液压配重，结构简单，降低了装机功率，操作更加安全、平稳，在闭式油路中采用双向液压锁还可使液压抽油机的启停更加平稳迅速，增加其工作的稳定性和安全性，但是这种抽油机存在修井让位不方便的问题；新型节能变频闭式液压抽油机结构简单，液压缸行程是冲程的一半降低了整机的高度，采用液压配重，避免了使用平衡重块，减轻了整机重量，可以满足海上采油的需要，但是在上冲程中活塞杆处于受拉状态，从材料的性能考虑，在承受同等大小的作用力时，活塞杆受压能力更强，而本发明中的海上平台用气平衡液压抽油机液压缸倒置设计，不仅大大提高了液压缸的密封效果，而且使得活塞杆一直处于受压状态，并且保留了液压缸行程是冲程的一半降低了整机的高度的优点。

发明内容

本发明的目的是：克服现有各种抽油机存在的缺点，综合他们的优点，对现有的液压抽油机进行进一步优化设计，设计出一种占地面积小、体积小、重量小、生产成本小、结构简单安装方便、能够实现集中控制和管理的节能型液压抽油机，提出一种能够满足海上采油要求的新型节能抽油机的设计理念，进而解决我国海上油田后期开采阶段存在的问题。

本发明其技术问题所采用的技术方案：海上平台用气平衡液压抽油机是由悬绳器、动滑轮、柔性连接机构、定滑轮、蓄能器、支架、复合阶梯式液压缸、套筒、活塞杆和底座所组成，桁架式支架内部空间装有复合阶梯式液压缸，活塞杆的下端与动滑轮连接，支架顶部装有蓄能器，柔性连接机构绕过定滑轮和动滑轮一端与悬绳器连接，另一端固定在支架上，所述软性连接机构包括钢丝绳、扁钢丝绳、传送带、链条等。其特征在于：桁架式支架内部空间装有液压缸，通过套筒和定位销把液压缸固定在支架上，蓄能器装在支架的顶部，气平衡代替了机械平衡，动滑轮和定滑轮各两个，液压驱动活塞杆上下运动，软性连接机构通过滑轮组把活塞杆的上下往复运动转化成抽油机悬点的往复直线运动。其中两个定滑轮对称安装在定轴上，两个动滑轮通过动轴对称安装在活塞杆下端。蓄能器内气体产生的压力代替平衡块产生的重力，从而实现气平衡。针对不同的采油条件，可以调节蓄能器内气体压强进而保证气体产生的压力能够满足抽油机所要平衡的力。

通过详细的受力分析之后，为了避免支架因受力不对称而产生变形，没有把液压缸固定在机架中轴线上而是固定在支架中轴线与悬绳器构成的平面上远离悬绳器的一侧。

复合阶梯式液压缸包括上驱动油缸、下驱动油缸和平衡气缸三部分，平衡气缸的有效长度等于上驱动油缸和下驱动油缸的总有效长度。当复合阶梯式液压缸上驱动油缸进油下驱动油缸回油时，活塞下行，蓄能器内气体对活塞做功，蓄能器释放能量，抽油机悬点上行；当下驱动油缸进油上驱动油缸回油时，活塞上行，活塞对蓄能器内气体做功，蓄能器储存能量，抽油机悬点下行。

支架内部的复合阶梯式液压缸既是抽油机的驱动系统也是抽油机的平衡系统，通过螺栓与支架顶部连接，再由套筒和定位销固定在支架上远离悬绳器的一侧，距离支架背离井口一面的距离等于动滑轮半径+150mm。

桁架式支架通过螺栓固定在底座上，底座占地面积不大于2m×2m。

本发明的有益效果是，克服了现有的各种抽油机结构设计上的不合理，桁架式机架设计大大减小了整机重量和占地面积，同时减小机架承受的风载，使其更适用于海风较大的海上采油，对滑轮组的巧妙应用是活塞行程仅为抽油机冲程的一半，大大减小了整机高度；气平衡代替重块平衡大大减小了整机重量；同时可实现液压泵站集中控制既解决了液压回路设计问题又大大提高了液压传动的传动效率，提高了抽油机的地面效率，使海上平台用气平衡液压抽油机比同种型号的节能型抽油机节能效果更加显著。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的左视图，从一个侧面表示动滑轮3定滑轮5、蓄能器7、液压缸9和支架8之间的关系。

图2是前视图，表示海上平台用气平衡液压抽油机整体结构和各零部件的位置与连接关系。尤其表动滑轮3、定滑轮5、蓄能器7、液压缸9和支架8之间的关系。

图3是上视图，从上面表示定滑轮5、蓄能器7和支架8之间的关系。

图4是工作原理示意图，液压系统15是抽油机的动力系统，当上驱动油缸17进油下驱动油缸18回油时，活塞下行，蓄能器7内气体对活塞做功，蓄能器7释放能量，抽油机悬点上行；当下驱动油缸18进油上驱动油缸17回油时，活塞上行，活塞对蓄能器7内气体做功，蓄能器7储存能量，抽油机悬点下行。

图5是复合阶梯式液压缸的工程半剖视图，表示阶梯式液压缸的内部结构。

图中1-井口，2-悬绳器，3-动滑轮，4-传送带，5-定滑轮，6-定轴，7-蓄能器，8-支架，9-复合阶梯式液压缸，10-套筒，11-定位销，12-活塞杆，13-动轴，14-底座，15-液压系统，16-平衡气缸，17-上驱动油缸，18-下驱动油缸。

具体实施方式

参阅附图1和图2。海上平台用气平衡液压抽油机，悬绳器2连接采油井口1的抽油杆和传送带4。传送带4属于柔性连接机构之一。传送带4绕过定滑轮5、动滑轮3，另一端固定在支架顶部下端的吊耳上。支架8高1000mm，由工字钢、角钢以及钢板焊接而成。定滑轮5固定在定轴6上，定轴6安装在支架8靠近井口1一侧，定轴6长度与支架8宽度相等，蓄能器7固定在支架8顶部钢板上，蓄能器7容积1m³，阶梯式复合液压缸9通过螺栓与支架8顶部连接，在由套筒10和销钉11固定在支架8上远离悬绳器2的一侧，距离支架8背离井口1一面的距离等于动滑轮3半径+150mm。动滑轮3通过动轴13与活塞杆12连接，工作时液压油驱动活塞杆12做上下往复运动，传动带4通过滑轮3和滑轮5把活塞杆12的上下往复运动转化成悬点的上下往复运动，从而实现抽油的整个过程。

Claims (1)

1.海上平台用气平衡液压抽油机，该抽油机是由悬绳器、动滑轮、蓄能器、支架、复合阶梯式液压缸、套筒、活塞杆和底座所组成，桁架式支架内部空间装有复合阶梯式液压缸，活塞杆的下端与动滑轮连接，支架顶部装有蓄能器，柔性连接机构绕过定滑轮和动滑轮一端与悬绳器连接，另一端固定在支架上，所述柔性连接机构包括钢丝绳、传送带、链条；其特征在于：桁架式支架内部空间装有复合阶梯式液压缸，该复合阶梯式液压缸倒置，通过套筒和定位销把复合阶梯式液压缸固定在支架上，蓄能器装在支架的顶部，气平衡代替了机械平衡，动滑轮和定滑轮各两个，两个定滑轮对称安装在定轴上；两个动滑轮通过动轴对称安装在活塞杆下端；液压驱动活塞杆上下运动，柔性连接机构通过滑轮组把活塞杆的上下往复运动转化成抽油机悬点的往复直线运动；复合阶梯式液压缸从上到下依次包括平衡气缸、上驱动油缸和下驱动油缸三部分，当复合阶梯式液压缸上驱动油缸进油下驱动油缸回油时，活塞下行，蓄能器内气体对活塞做功，蓄能器释放能量，抽油机悬点上行；当下驱动油缸进油上驱动油缸回油时，活塞上行，活塞对蓄能器内气体做功，蓄能器储存能量，抽油机悬点下行；

支架内部的复合阶梯式液压缸即是抽油机的驱动系统也是抽油机的平衡系统，通过螺栓与支架顶部连接，再由套筒和定位销固定在支架上远离悬绳器的一侧，距离支架背离井口一面的距离等于动滑轮半径+150mm；

桁架式支架通过螺栓固定在底座上，底座占地面积不大于2m×2m；

平衡气缸的有效长度等于上驱动油缸和下驱动油缸的总有效长度；

蓄能器内气体产生的压力代替平衡块产生的重力，从而实现气平衡；

所述平衡气缸直径小于所述上驱动油缸，从而在平衡气缸和上驱动油缸连接处形成一级阶梯；所述活塞为双头活塞，其中一个活塞头设置于平衡气缸中，另一个活塞头作为上驱动油缸和下驱动油缸的分隔；所述平衡气缸的直径为160mm，长度为2629mm；所述上、下驱动油缸的直径为250mm，二者总长度为2650mm。

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