CN102444393B - 一种智能卷扬式提拉采油系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能卷扬式提拉采油系统，包括：驱动总成(1)，具有卷筒(11)以及驱动卷筒(11)转动的驱动装置(12)；机架(2)，其上安装有滑轮(21)；抽油绳(3)，一端缠绕在卷筒(11)上，另一端绕过滑轮(21)连接位于井下油井管柱(5)内的采油装置(4)；控制装置(9)，用于控制驱动装置(12)旋转；其中，采油装置(4)设有井下液柱高度检测器(6)，井下液柱高度检测器(6)将检测到的液柱高度信号传输给控制装置，以便控制装置在收到预设液柱高度信号时，控制驱动装置(12)动作，从而带动采油装置(4)提拉油井管柱(5)内的液体到井口外。该采油系统采油效率高，降低了能耗，减少了设备磨损。

Description

一种智能卷扬式提拉采油系统

技术领域

本发明涉及一种采油设备，尤其涉及一种智能卷扬式提拉采油设备。

背景技术

目前，在机械采油中普遍使用游梁式抽油机，游梁式抽油机是井下抽油泵的底面动力设备，俗称磕头机，它将抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵，抽油时，电动机的传动经变速箱、曲柄连杆结构变成驴头的上下运动，驴头经光杆、抽油杆带动井下深井泵的柱塞作上下运动，从而不断的把井中的石油或含油液体抽出井筒。

游梁式抽油机的这种采油方式适用于产油量大的油井，游梁式抽油机能够快速的并且不间断的将油井中的石油或含油液体抽出，但是对于产油量低的油井，由于地层供油不足，油井液面恢复缓慢，采用游梁式抽油机进行采油时常出现干抽现象，造成电能的损耗同时也会对设备造成磨损。如果要等待液面恢复后再抽油，必需依靠人工控制抽油机启动和关闭，而人工控制抽油机启动和关闭的时间不易掌握，人工控制抽油机启动和关闭的时间不当容易造成卡井和作业返工；同时由于抽油机一般设置在野外，要求全天候不停的工作，采用人工控制增加了作业成本，给生产带来了不便。并且，游梁式抽油机结构复杂，成本高，占地面积大，在一些可用空间小的地方无法使用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种智能卷扬式提拉采油系统，采用控制装置与井下的检测装置相配合，智能控制采油系统的工作和停止，保证了每次采油的油量，避免了出现干抽现象，同时提高了采油的效率，又降低了能耗，减少了设备的磨损，该智能卷扬式提拉采油系统结构设计简单，占地面积小。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案：

一种智能卷扬式提拉采油系统，包括：驱动总成，具有卷筒以及驱动卷筒转动的驱动装置；机架，安装在地面上，其上安装有滑轮；采油装置，位于井下油井管柱内；抽油绳，一端缠绕在卷筒上，另一端绕过滑轮连接采油装置；控制装置，用于通过控制驱动装置旋转，驱动卷筒正反转，从而通过抽油绳带动采油装置进行反复提拉采油操作，其中，所述采油装置设有井下液柱高度检测器，用于在检测到井下采集的液体到达设定液柱高度时，使控制装置控制采油装置进行提拉采油操作。

其中，所述井下液柱高度是指油井管柱内的液柱高度，所述井下液柱高度检测器在检测到井下采集的液体到达设定液柱高度时，通过有线或无线传输方式将检测到的液柱高度信号传输给所述控制装置，以便控制装置在收到预期液柱高度信号时，控制驱动装置驱动卷筒转动，再由卷筒驱动抽油绳带动采油装置把油井管柱中预设一定柱高的液体提拉到油井外。

其中，采油装置还设有用于提拉油井管柱中液体的能够扩张的抽子，所述抽子中装有一个或多个其直径小于油井管柱内径的硬质高分子材料胶筒，所述在采油装置上行速度为0.2m/s～1.2m/s时，在上行的提拉力和油井管柱内液体重力作用下压缩，所述胶筒直径扩张为等于油井管柱内径。

特别是，油井管柱采用多根油管连接而成，并使得油管间连接缝隙小得足以使所述高分子材料胶筒在油管内平稳滑行，避免因缝隙过大而造成破损。

其中，井下液柱高度检测器连接在抽油绳的所述另一端，包括：用于检测井下采集的液体高度对应的压力的压力变送器，具有测压孔，压力变送器安置在由压力变送器外壳和连接在压力变送器外壳上的密封钢体形成的空间内；所述密封钢体上开有连接外界液体和测压孔的传压孔，以便将与油井管柱中液体高度对应的压力传递给压力变送器。

特别是，所述密封钢体具有与外界油井管柱接触的导电接触部件；所述压力变送器一方面与所述抽油绳的金属芯电连接，另一方面与所述压力变送器外壳电连接，以便将检测到的井下液柱的信号通过抽油绳和油井管柱传递给所述控制装置。

导电接触部件包括安置在密封钢体内的多对钢球，多对钢球中的每一对沿径向放置，并且两钢球由弹簧连接，使得两钢球在弹簧作用下沿径向向外突出，以便钢球接触所述油井管柱的内壁。

特别是，抽油绳具有两根通讯线缆，所述压力变送器分别与两根通讯线缆电连接，以便将检测到的井下液柱的信号通过抽油绳的通讯线缆传递给所述控制装置。

特别是，压力变送器具有无限发射单元，压力变送器将检测到的井下液柱的信号通过无限发射单元传递给所述控制装置。

其中，油井管柱由多根油管通过接箍连接而成，在相邻油管之间设置尼龙环，或钢环或位于接箍内壁上的凸起，以便减小相邻油管之间的连接缝隙。

特别是，尼龙内径或钢环内径与油管内径一致。

其中，滑轮上还安装有深度速度检测装置，所述驱动装置上还安装有编码器。

本发明的有益效果体现在以下方面：

1、由于采用了井下液柱高度检测器检测所采集的原油的柱高，并在柱高度达到设定柱高时，控制装置才控制驱动装置提拉油井管柱内的原油，可随意设置抽油柱高，可实现智能控制，从而可以提高采油效率，减少无用功，同时又节约了电力；

2、通过检测每次所采集的原油的柱高，可以准确的计算原油的产量，实现标准计量；并且通过井下液柱高度检测器所检测到的压力的变化，可以实现液面的实时测量；

3、压力变送器与控制装置之间通过抽油绳的金属芯和油井管柱，或者通过在抽油绳内设置通讯线缆，或者通过无线发射单元实现信号的传递，而压力变送器与油井管柱之间又通过钢球实现连接，结构设计简单可靠；

4、采用抽油绳代替抽油杆，负荷小，可配置小功率电机，节省电能；

5、油井管柱之间采用最小缝隙连接，可以减少油管间隙大对采油装置的胶筒的损伤，不仅可以延长胶筒的寿命，同时也有利于提高采油效率，减小磨耗内层底部形式；

6、由于采油装置在提拉过程中，从井底到井口运行，冲程长，提高产量，有利于原油的汇集及负压解堵；

7、采油卷筒缠绕抽油绳作为采油的动力装置，结构设计更简单，占地面积小，成本低；胶筒上行时在油井管柱内壁密封滑动，漏失小，泵效高，减少大量无用功，抽汲效率大幅提高。

附图说明

图1是本发明智能卷扬式提拉采油系统的整体结构示意图；

图2是本发明智能卷扬式提拉采油系统驱动总成的侧视示意图；

图3是本发明智能卷扬式提拉采油系统排绳装置的主视示意图；

图3a是排绳装置的侧视示意图；

图3b是排绳装置的俯视示意图；

图3c是排绳装置的工作原理示意图；

图4是本发明智能卷扬式提拉采油系统井下液柱高度检测器第一实施例的结构示意图；

图4a是本发明智能卷扬式提拉采油系统井下液柱高度检测器第二实施例的结构示意图；

图4b是本发明智能卷扬式提拉采油系统井下液柱高度检测器第三实施例的结构示意图；

图5是本发明智能卷扬式提拉采油系统抽子的结构示意图；

图6是本发明智能卷扬式提拉采油系统油井管柱连接第一实施例的结构示意图；

图6a是本发明智能卷扬式提拉采油系统油井管柱连接第二实施例的结构示意图；

图6b是本发明智能卷扬式提拉采油系统油井管柱连接第三实施例的结构示意图；

图7是本发明的控制装置的控制原理图。

附图标记说明：1-驱动总成；2-机架；3-排绳装置；4-采油装置；5、5a、5b-油井管柱；6-井下液柱高度检测器；7-抽子；8-加重杆；9-控制装置；

10-基座；11-卷筒；11a-卷同轴；110-被动轮；111-卷筒链轮；12-电机；12a-编码器；120-主动轮；13-链带；14-过渡链条；15-传动链条；18-液力推力器；18a-制动器；18b-配重；18c-刹车带；

21-滑轮；21a-深度速度检测装置；23-抽油绳；23a-绳头压绳板；23b-通讯线缆；

30-竖直支架；30a-水平支架；30b水平导轨；31-排绳链条；31a-滑块；32-滑板；32a-定位槽；32b-支板；33-滚轮；34-排绳立辊；34a-限位轮；35-传动大链轮；35a-传动轴；35b-传动小链轮；36-排绳链轮；36a-驱动轴；37-张紧轮；38a-主动锥齿轮；38b-被动锥齿轮；39a、39b-链轮轴；39、39’-链轮；

41-防喷盒；42-采油树；42a-单流阀；43-进油管线；

51-接箍；52-凸起；53-尼龙环；53’-钢环；

60-打捞头；61-连接套；61a-密封圈；62-压力变送器；62a-测压孔；62b-压力变送器外壳；62c-绝缘套；62d-无限发射单元；63-密封钢体；63a-传压孔；63b-钢球；63c-弹簧；64-快速接头；64a-圆筒形结构；64b-圆孔；64c-条形孔；

70、中心管；71-上接头；71a-圆形凸头；71b-圆柱形顶部；71c-圆筒形底部；71d-进油孔；72-下接头；72a-圆形凸头；72b-圆柱形顶部；72c-圆筒形底部；72d-进油孔；73-凡尔球；74a-背帽；74b-压帽；75-进压块；75a-进压孔；76a、76b-硬质高分子材料胶筒；77-连接块。

具体实施方式

如图1本发明智能卷扬式提拉采油系统的整体结构示意图所示，本发明的智能卷扬式提拉采油系统包括：设置在地面基座10上的驱动总成1，具有用于缠绕抽油绳23的卷筒11和驱动卷筒11转动的电机12；安装在地面上的机架2，其上安装有滑轮21；安置在井下油井管柱5内的采油装置4；抽油绳23，一端缠绕在卷筒11上，另一端绕过机架2上的滑轮21与采油装置4连接；控制装置9，用于通过控制电机12旋转，驱动卷筒11转动，从而通过抽油绳3带动采油装置4进行提拉采油操作。其中，所述采油装置4设有井下液柱高度检测器6，用于在检测到井下采集的液体到达设定液柱高度时，使所述控制装置9控制所述采油装置4进行提拉操作。

具体地说，井下液柱高度检测器6在检测到井下采集的液体到达设定液柱高度时，通过有线或无线传输方式将检测到的液柱高度信号传输给控制装置，以便控制装置9在收到预期液柱高度信号时，控制电机12驱动卷筒11转动，再由卷筒11驱动抽油绳3带动采油装置4提拉油井管柱5中预期柱高的石油或含油液体到油井外。

采油装置4还设有用于提拉油井管柱5中石油或含油液体的抽子7(如图5所示)，抽子7中装有一个或多个其直径小于油井管柱内径的硬质高分子材料胶筒76a、76b，硬质高分子材料胶筒76a、76b在采油装置4上行速度为0.2m/s～1.2m/s时，在上行的提拉力和油井管柱5中石油或含油液体重力作用下压缩，使其直径变为等于油井管柱内径。

如图1所示，油井管柱5直接与地面的采油树42连接，采油树42通过单流阀42a与进油管线43连接，采油树42的上方设置有防喷盒41，以防抽油绳23上行时，在抽油绳露出采油树42时粘附在抽油绳上的石油或含油液体四处飞溅，造成石油或含油液体的浪费。抽油绳23依次穿过防喷盒41、采油树42与油井管柱5内的采油装置连接，抽油绳23带动采油装置4在油井管柱5内上行时，从而将油井管柱5内的石油或含油液体向上提起，石油或含油液体由油井管柱5内上升至采油树42，再由采油树42流入进油管线43，石油或含油液体得到收集。

如图2本发明智能卷扬式提拉采油系统驱动总成的侧视示意图所示，卷筒11通过卷筒轴11a安装在基座10上，卷筒11可随卷筒轴11a一起相对基座10转动，卷筒轴11a的一侧安装有被动轮110，电机12的输出轴上安装有主动轮120，如图1所示，主动轮120与被动轮110之间通过链带13连接，使得电机12转动时，电机输出轴带动主动轮120转动，主动轮12通过链带13带动被动轮110转动，由于被动轮110与卷筒11同轴，被动轮110转动便带动卷同轴11a转动，从而带动卷筒11转动，卷筒11便进行缠绕抽油绳23的动作，使得抽油绳23带动采油装置4上行进行采油工作。

本发明的驱动总成1还具有排绳装置3，排绳装置3安置在卷筒11与滑轮21之间。如图3、3a所示，排绳装置3具有安装在基座10上位于前后两侧的竖直支架30，两竖直支架30的下端由水平支架30a连接，上端由水平导轨30b连接，水平导轨30b由相对放置的两槽钢形成，两槽钢之间相隔一定的距离，如图3所示。如图3a所示，水平支架30a的左端安装有传动大链轮35，传动大链轮35通过传动轴35a安装在水平支架上30a上，传动轴35a上位于传动大链轮35的外侧安装有传动小链轮35b，竖直支架30的上端位于水平导轨30b的下方安装有排绳链轮36，排绳链轮36通过驱动轴36a安装在竖直支架30上，排绳链轮36与传动小链轮35b之间还设置有张紧轮37，并且排绳链轮36、张紧轮37、传动大链轮35、传动小链轮35b都位于左侧竖直支架30的外侧，同时排绳链轮36、张紧轮37、传动小链轮35b位于同一平面内，排绳链轮36与传动小链轮35b之间通过传动链条15连接，张紧轮37张紧在传动链条15上，如图3所示。卷同轴11a上位于被动轮110的外侧还安装有卷筒链轮111，如图2所示，并且卷筒链轮111与传动大链轮35位于同一平面内，卷筒链轮111与传动大链轮35之间通过过渡链条14连接(如图1所示)。

如图1所示，当电机12转动带动卷筒轴11a转动时，安装在卷筒轴11a上的卷筒11转动带动抽油绳23向上提拉采油装置4的同时，安装在卷同轴11a上的卷筒链轮111也转动，卷筒链轮111通过过渡链条14带动传动大链轮35转动，由于传动小链轮35b与传动大链轮35同轴，因此传动大链轮35转动也带动传动小链轮35b转动，传动小链轮35b通过传动链条15带动排绳链轮36转动，这样便实现了卷筒的转动向排绳装置3的传递。

再如图3a、3b所示，排绳链轮36通过驱动轴36a安装在竖直支架30上，驱动轴36a上位于竖直支架30的内侧安装有主动锥齿轮38a；水平导轨30b的底部左右两侧分别向下伸出两支耳，两支耳上分别安装有链轮轴39a、39b，两链轮轴39a、39b刚好与驱动轴36a等高，两链轮轴39a、39b的两端分别安装有一对链轮39、39’，其中左侧链轮轴39a上的一对链轮39分别通过螺栓固定在链轮轴39a上，使得一对链轮39同时随链轮轴39a一起相对支耳转动；右侧链轮轴39b上的一对链轮39’分别通过轴承安装在链轮轴39b上，而右侧链轮轴39b固定在右侧支耳上，使得一对链轮39’可分别相对右侧链轮轴39b转动。右侧一对链轮39与左侧一对链轮39’分别通过两条排绳链条31连接(图3a中只示出其中一条排绳链条31)。如图3b所示，左侧链轮轴39a上位于一对链轮39之间安装有被动锥齿轮38b，被动锥齿轮38b刚好与主动锥齿轮38a啮合，当排绳链轮36转动时，便可带动与其同轴的主动锥齿轮38a转动，继而带动与主动锥齿轮38a啮合的被动锥齿轮38b转动，由于被动锥齿轮38b安装在左侧链轮轴39a上，被动锥齿轮38b转动带动左侧链轮轴39a转动，从而带动安装在左侧链轮轴39a上的一对链轮39转动，于是左侧的一对链轮39便通过两根排绳链条31带动右侧的一对链轮39’转动，这样便使得两根排绳链条在左、右侧链轮39、39’之间循环移动。

如图3a所示，水平导轨30b上还设置有滑动小车，包括位于水平导轨30b前后两侧的两滑板32，两滑板32在水平导轨30b的顶部通过螺栓彼此连接，这样使得两滑板32横跨在水平导轨30b上，使得两根排绳链条31分别位于两滑板32的内侧，两滑板32分别由水平导轨30b的顶部延伸至排绳链条的下排，两滑板32上分别设置有定位槽32a，定位槽32a由排绳链条的下排延伸至排绳链条的上排，并且排绳链条31上固定有滑块31a，滑块31a向外伸出穿过滑板32上的定位槽32a，从而将滑板32与排绳链条31连接。两滑板32之间由顶部向下伸出一支板32b，支板32b刚好位于形成水平导轨30b的两槽钢之间，如图3b所示，支板32b的前后两端分别布置有一排滚轮33，每一排包含有三个滚轮，每个滚轮各自通过一个销轴与支板32b固定连接，使得两排滚轮刚好分别位于两个槽钢内，图3b中为了清除显示支板32b与滚轮的连接省去了滑板32及其顶部的部分。每一排滚轮位于中间的一个滚轮的高度高于其它两个滚轮(如图3a所示)，使得中间的滚轮顶住槽钢的顶板，其它两个滚轮压住槽钢的底板，如图3所示，图3中为了清楚显示水平导轨30b的结构省去了滚轮33及支板32b的结构。

如图3a所示，两滑板32的顶部还并列安装有两排绳立辊34，两排绳立辊34之间具有一定的间隙，抽油绳23从两排绳立辊34之间穿过，两排绳立辊34的顶部各伸出一支板，支板上通过销轴安装有限位轮34a，以便保证抽油绳23始终位于两排绳立辊34之间。

如图3a所示，当两排绳链条31在左、右侧链轮39、39’之间循环移动时，便会带动通过滑块31a与排绳链条31连接的滑板32移动，这样便会使得整个滑动小车通过两排滚轮33在水平导轨30b内左右行走移动，夹在两排绳立辊34之间的抽油绳23便会随之左右移动。

左、右侧链轮39、39’之间的距离应与卷筒11的长度相等，以确保滑动小车从左向右移动一次抽油绳23刚好在卷筒11上均匀缠绕一层。

如图3c排绳装置的工作原理结构图所示，抽油绳23位于卷筒11的右端(图3c中从右向左看)时，此时滑动小车也位于水平导轨30b的右端，电机12工作带动卷筒11转动进行缠绕抽油绳23的工作时，同时也带动排绳链条31移动，使得滑动小车在水平导轨30b上从右向左移动，使得夹在两排绳立辊34之间的抽油绳23也随滑动小车一起从右向左移动，这样抽油绳23便会在卷筒11上从右向左逐渐缠绕；当滑动小车移动到排绳链条31的最左端时，此时抽油绳23也刚好缠绕到卷筒11的最左端，完成了在卷筒11上一层的缠绕，如图3a所示，由于此时排绳链条31还会继续循环移动，此时排绳链条31上的滑块31a从下排排绳链条移动到上排排绳链条，而滑板32不能上下移动，因此滑块31a只能在定位槽32a由下向上移动到达定位槽32a的顶部，这样，滑块31a便会随着排绳链条31的移动又带着整个滑动小车在水平导轨30b上从左向右移动，夹在两排绳立辊34之间的抽油绳23也随滑动小车一起从左向右移动，这样抽油绳23便又在卷筒11上从左向右逐渐缠绕，进行第二层的缠绕，依次进行下去，直到电机11停止工作，卷筒11停止转动。

卷筒11排放抽油绳23的原理与上述缠绕抽油绳的原理相同，在此不再重述。

如图1所示本发明智能卷扬式提拉采油系统的采油装置4包括从上往下依次连接的井下液柱高度检测器6、抽子7和加重杆8。下面结合附图4、4a、4b详细描述本发明的井下液柱高度检测器的结构。

如图4为本发明的井下液柱高度检测器6第一种结构的示意图。如图4所示，本发明的井下液柱高度检测器6包括从上往下布置并依次通过螺纹连接的打捞头60、连接套61、压力变送器外壳62b和密封钢体63，打捞头60、连接套61、压力变送器外壳62b均具有内腔，压力变送器外壳62b的内腔内安置有压力变送器62，抽油绳23外包裹有绝缘层，抽油绳23依次穿过打捞头60和连接套61的内腔，在压力变送器外壳62b的内腔内与压力变送器外壳62b连接，压力变送器62一方面与抽油绳23的金属芯电连接，另一方面又通过压力变送器外壳62b和密封钢体63，以及密封钢体63上的导电接触部件与油管5实现电连接。

连接套61的内腔的顶部设置有密封圈61a，密封圈61a套装在抽油绳23上，当将连接套61拧紧在打捞头60的下端时，在打捞头60和连接套61的挤压作用下，密封圈61a膨胀，使得密封圈61a与抽油绳23和连接套61都紧密结合，油管5内的石油或含油液体不会由打捞头60与抽油绳之间的缝隙进入连接套61的内腔。

压力变送器外壳62b的内腔的上端设置有绝缘套62c，抽油绳23的端头穿过绝缘套62c并连接有绳头压绳板23a，以便将抽油绳23的端头锁死在绝缘套62c内，当抽油绳23上行时，其端头不会从绝缘套62c内脱出，从而实现抽油绳23与压力变送器外壳62b的连接。

密封钢体63密封在压力变送器外壳62b的底部，将压力变送器62密封在压力变送器外壳62b的内腔内，压力变送器62的底部设有测压孔62a，密封钢体63上开设有联通油井管柱5内石油或含油液体和测压孔62a的传压孔63a，以便油井管柱5内液体的压力通过传压孔63a传递给压力变送器62的测压孔62a，压力变送器62的底部与压力变送器外壳62b的内壁之间设置有密封圈，以便当油井管柱5内的液体由传压孔63a传递到压力变送器62的测压孔62a时，液体不会进入压力变送器外壳62b的内腔内。密封钢体63上还设置有导电接触部件，包括多对钢球63b，多对钢球中的每一对沿径向布置，并且两钢球之间由弹簧63c连接，两钢球在弹簧63c的作用下沿径向向外突出，使得钢球接触到油井管柱5的内壁。压力变送器62还与压力变送器外壳62b电连接，由于压力变送器外壳62b与密封钢体63螺纹连接，密封钢体63又通过钢球63b与油井管柱5接触，因此压力变送器62测得的井下液柱高度对应的液体压力信号便可分别通过抽油绳23和油井管柱5传递到地面的控制装置9，当控制装置9接收到预期的液柱高度对应的压力信号时便控制电机12工作，从而带动卷筒11进行缠绕抽油绳23的动作，使得抽油绳23向上提拉采油装置，进行采油工作。

可以在密封钢体63上设置多组导电接触部件，如图4中导电接触部件为上下布置的两组，以保证井下液柱高度检测器6在随抽油绳23一起上行的过程中，导电接触部件中始终有钢球与油井管柱5的内壁接触，从而保证井下液体的压力信号能够顺利的传递到地面。

图4a是为本发明的井下液柱高度检测器6第二种结构的示意图。如图4a所示，本发明的抽油绳23外包裹有绝缘层，内部具有两根通讯线缆23b，抽油绳23通过两根通讯线缆23b与压力变送器62电连接，以便将压力变送器62测得的井下液柱高度对应的的压力信号传递到地面的控制装置9，当控制装置9接收到预期的液柱高度对应的压力信号时控制电机工作，从而带动卷筒11进行缠绕抽油绳23的动作，使得抽油绳23向上提拉采油装置，进行采油工作。

井下液柱高度检测器6的其它结构与第一种结构相同，在此不再重述。

图4b是为本发明的井下液柱高度检测器6第三种结构的示意图。如图4b所示，本发明压力变送器外壳62b的内腔内安置有压力变送器62，压力变送器62具有无限发射单元62d，抽油绳23外包裹有绝缘层，抽油绳23依次穿过打捞头60和连接套61的内腔以及压力变送器外壳62b的顶部与压力变送器62连接。压力变送器62测得的井下液柱高度对应的压力信号通过无限发射单元62d传递到地面的控制装置9，当控制装置9接收到预期的液柱高度对应的压力信号时控制电机工作，从而带动卷筒11进行缠绕抽油绳23的动作，使得抽油绳23向上提拉采油装置，进行采油工作。

井下液柱高度检测器6的其它结构与第一种结构相同，在此不再重述。

如图4、4a、4b所示密封钢体63的底部设置有快速接头64，快速接头64具有圆筒形结构64a，圆筒形结构64a的侧壁上开设有圆孔64b，圆孔64b的底部开有条形孔64c。如图5所示为本发明的抽子7的结构示意图，抽子7包括中心管70，中心管60的上端通过螺纹连接有上接头71，下端通过螺纹连接有下接头72，上接头71具有圆筒形底部71c和圆柱形顶部71b，圆柱形顶部71b的直径与条形孔64c的宽度相同，圆柱形顶部71b的上端设置有圆形凸头71a，凸头71a的直径与圆孔64b的直径相同，将圆形凸头71a卡入快速接头64的圆孔64b内，将圆柱形顶部71b卡入条形孔64c内，从而将上接头71与密封钢体64快速连接，以便实现抽子7与井下液柱高度检测器6的连接。

上接头71的圆筒形底部71c的底端通过螺纹拧紧在中心管70上，上接头71的圆筒形底部71c的上端圆周壁上开设有多个进液孔71d，外界液体可由进液孔71d进入圆筒形底部71c内。

下接头72的结构与上接头71相同，下接头72倒置，其圆筒形底部72c的底端通过螺纹拧紧在中心管70的底部；下接头72用于实现抽子7与加重杆8的快速连接。

中心管70的顶部放置有凡尔球73，凡尔球73将中心管70的顶端密封。

如图5所示，中心管70上位于上接头71的底部通过螺纹安装有背帽74a，背帽74a紧紧在抵靠在上接头71的底部，背帽74a紧紧在抵靠在上接头71的底部；中心管70上位于下接头72的顶部通过螺纹安装有压帽74b，压帽74b紧紧在挤压在下接头71的圆筒形底部72c上，以防止抽子在随抽油绳23上行或下行时，上接头71和下接头72与中心管70之间的螺纹连接松开。

中心管70上位于背帽74a的下方套装有进压块75，进压块75的内壁与中心管70的外壁之间具有一定的间隙，进压块75上开设有由进压块75外壁延伸至进压块75内壁的进压孔75a；中心管70上位于进压块75与压帽74b之间套装有两硬质高分子材料胶筒76a、76b，中心管70上位于两硬质高分子材料胶筒76a、76b之间还套装有连接块77，两硬质高分子材料胶筒76a、76b以及连接块77的内壁与中心管70的外壁之间也具有一定的间隙，使得外界液体可以由进压块75上的进压孔75a进入进压块75的内壁与中心管70的外壁之间的间隙，从而进入两硬质高分子材料胶筒76a、76b以及连接块77的内壁与中心管70的外壁之间的间隙。

如图5所示，当抽子7在抽油绳23的提拉作用下随井下液柱高度检测器6一起上行时，凡尔球73在液体向下的作用下抵靠在中心管70的顶端，将中心管70的顶端封闭，外界液体不会由进液孔71d进入中心管70内，而只能由进压块75上的进压孔75a进入两硬质高分子材料胶筒76a、76b以及连接块77的内壁与中心管70外壁之间的间隙内，当抽子上行速度达到0.2m/s～1.2m/s时，本发明中优选抽子上行速度达到0.6m/s以上时，进入两硬质高分子材料胶筒76a、76b以及连接块77的内壁与中心管70外壁之间的间隙内的液体对硬质高分子材料胶筒76a、76b产生强大的压力作用，使得两硬质高分子材料胶筒76a、76b向外膨胀变形，膨胀后的硬质高分子材料胶筒76a、76b外壁与油井管柱5的内壁相接触，将油井管柱5内位于硬质高分子材料胶筒以上的液柱封堵在硬质高分子材料胶筒的上方，这样，当硬质高分子材料胶筒随抽子一起向上移动时，便将封堵在硬质高分子材料胶筒上方的液体向上提起，直至液体上行进入采油树42内，之后由采油树42进入进油管线43得到收集，这样便完成了一次采油工作。

当抽子7随抽油绳23一起下行时，油井管柱5内的液体由下接头72的进液孔72d进入中心管70，并随抽子的下行液体在中心管70内向上移动，封闭在中心管70顶端的凡尔球73在液体向上的作用下漂起离开中心管70的顶端，使得中心管70的顶部打开，液体由中心管顶部再经上接头71的进油孔71d流出，这样液体就不会由进压孔75a进入两硬质高分子材料胶筒76a、76b以及连接块77的内壁与中心管70外壁之间的间隙内，不对两硬质高分子材料胶筒76a、76b产生压力，因而两硬质高分子材料胶筒76a、76b不会膨胀，使得硬质高分子材料胶筒与油井管柱5的内壁之间相隔一定的距离，抽子下行通畅。

本发明的油井管柱5为消除了连接缝隙的油管。油井管柱5由多节油管通过接箍51连接而成，如图6所示，相邻油管5a、5b之间放置有尼龙环53，尼龙环53的内径与相邻两油管5a、5b的内径相同，尼龙环53的外径大于相邻两油管5a、5b的外径，在两油管5a、5b的相邻的两端部外拧上接箍51，从而将两油管5a、5b紧紧的连接在一起，以便减小相邻两油管5a、5b之间的连接缝隙。

也可以在相邻油管5a、5b之间放置钢环53’，如图6a所示，钢环53’的内径与相邻两油管5a、5b的内径相同，钢环53’的外径小于相邻两油管5a、5b的外径，在两油管5a、5b的相邻的两端部外拧上接箍51，从而将两油管5a、5b紧紧的连接在一起，以便减小相邻两油管5a、5b之间的连接缝隙。

还可以在接箍51内壁上设置一圈凸起52，如图6b所示，凸起52的上下端面的形状与两油管5a、5b的相邻的两端部的形状相匹配，将接箍51拧在两油管5a、5b的相邻的两端部外时，使得凸起52刚好卡在两油管5a、5b的相邻的两端部之间，从而将两油管5a、5b紧紧的连接在一起，以便减小相邻两油管5a、5b之间的连接缝隙。

另外，本发明的智能卷扬式提拉采油系统在滑轮21上还设置有深度速度检测装置21a，如图1所示，深度速度检测装置21a与控制装置9相连，用于检测滑轮21转过的圈数，从而计算出抽油绳23下行或上行的深度，并将信号传递给控制装置9。

电机12上还设置有编码器12a，如图1所示，用于计算电机12的转速，以便计算出抽油绳23上行或下行的深度。

当根据编码器12a计算得出的抽油绳23上行或下行的深度值与根据深度速度检测装置21a计算得出的抽油绳23上行或下行的深度值不同时，便可得知滑轮21处于非正常工作状态，这时便可提醒工作人员对滑轮21进行检查；当根据两装置计算得出的抽油绳23上行或下行的深度值相同时，滑轮21处于正常工作状态。

再如图1所示，地面的基座10上还设置有制动装置，包括与控制装置9连接的液力推力器18，与液力推力器18输出轴连接的制动器18a，制动器18a上设置有配重18b以及与被动轮110接触的刹车带18c。

图7显示了本发明的控制装置9的原理，该控制装置由可编程虚控制器或微处理器构成，接收井下液柱高度检测器发送的井下压力检测信号，将井下压力值换算成液柱高度值，并当液柱高度值大于或等于预先设置的预期液柱高度值时，通过软起动器启动减速电机转动，从而驱动卷筒旋转，使缠绕在卷筒上的抽油绳上行运动，提拉预期液柱高度的原油或含油液体。

此外，可编程序控制器还通过接收来自深度速度检测器的采油装置4的深度及上下行速度信号，控制采油装置4的位置。深度检测器可以安装在井架大滑轮的侧面，通过对大滑轮转动圈数进行计数，计算连接采油装置4的抽油绳下行的深度和速度。

此外，可编程序控制器还连接用来输入控制信号的控制按钮，并且还连接用于显示诸如液柱高度信息、深度/速度信息的液晶显示屏。

另外，可编程序控制器还连接用于提供减速电机转速的编码器，由此算出滚筒转动情况，并可以利用滚筒转动情况确定滑轮正常转动的圈数，由此检测出滑轮打滑等故障，并在滑轮出现此故障时，进行停机操作。

如图7所示，可编程序控制器还连接用于刹车的制动器和用于检测减速电机运行电流的电流互感器，并在检测到减速电机电流过大或过载时，进行停机操作。

如图7所示，可编程序控制器还连接用于与维护/管理中心通信的远程移动通讯单元，可以将采油量等运行信息和诸如减速电机电流过大或过载、滑轮打滑等故障信息通知维护/管理中心。

下面结合附图1描述本发明的智能卷扬式提拉采油系统的工作原理。

首先，液力推力器18加载，使得制动器18a带动刹车带18c与被动轮110脱离，电机12启动，带动卷筒11进行排放抽油绳的工作，抽油绳23在加重杆8及电机12的作用下下行，采油装置4在油井管柱5内下行。

当抽子7到达液面时，压力变送器62将检测到的井下压力的变化传递给控制装置9，控制装置9判断出抽子7已到达液面，此点为液面深度，这样便可实现液面的实时检测。抽子7继续下行，当滑轮21上的深度速度检测装置21a检测到抽子7下行还未到达设置抽吸深度，而压力变送器62检测到抽子以上的液柱高度已经到达设置抽吸高度时，控制装置9控制电机12反向转动，带动卷筒11也反向转动进行缠绕抽油绳的动作，抽油绳23下行停止转为上行抽油；而当滑轮21上的深度速度检测装置21a检测到抽子7下行至所设置的抽吸深度，但压力变送器62检测到抽子7上方的液柱高度还未到达设置的抽吸高度时，控制装置9便控制电机12停止转动，液力推力器18卸载，使得制动器18a在配重18b的作用下带动刹车带18c与被动轮110接触，被动轮110制动，卷筒11停止转动，抽油绳23停止下行，等待油井管柱5内的液面恢复，直至压力变送器62检测到抽子7以上的液柱高度达到设置抽吸高度，控制装置9控制液力推力器18加载，使得制动器18a带动刹车带18c与被动轮110脱离，电机12启动进行反向转动，带动卷筒11也反向转动进行缠绕抽油绳的动作，抽油绳23下行停止转为上行抽油。

当采油装置4在抽油绳23的带动下上行抽油时，抽子7以上的液柱在硬质高分子材料胶筒76a、76b在作用下上行直至采油装置4达到油井管柱5的顶部，抽子7以上的液柱进入采油树42，这样便完成了一次抽油工作。此时滑轮21上的深度速度检测装置21a检测到抽油绳23上行深度已达到保险值，深度速度检测装置21a将信号传递给控制装置9，控制装置9控制电机12又换向转动，卷筒11又进行排放抽油绳23的工作，抽油绳23在加重杆8及电机12的作用下又下行，采油装置4在油井管柱5内下行，进行下一次抽油工作。

通过检测抽子每次抽吸的液柱的高度可以计量出原油的总产量，实现原油产量的标准计量。

尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能卷扬式提拉采油系统，包括：驱动总成(1)，具有卷筒(11)以及驱动卷筒(11)转动的驱动装置(12)；对卷筒(11)上缠绕的抽油绳(23)进行排序的排绳装置(3)；机架(2)安装在地面上，其上安装有滑轮(21)；采油装置(4)位于井下油井管柱(5)内；抽油绳(23)一端缠绕在卷筒(11)上，另一端绕过滑轮(21)连接所述采油装置(4)；控制装置(9)用于通过控制驱动装置(12)旋转，驱动卷筒(11)正反转，从而通过抽油绳(23)带动采油装置(4)进行反复提拉采油操作；其特征在于：位于井下油井管柱(5)内的所述采油装置(4)设有井下液柱高度检测器(6)，用于在检测到井下采集的抽子(7)上方的液体到达设定液柱高度时，使所述控制装置(9)控制所述采油装置(4)进行提拉；其中，所述井下液柱高度检测器(6)连接在所述抽油绳(23)的所述另一端；将检测到的设定液柱高度信号传输给所述控制装置(9)；以便控制装置(9)在收到设定液柱高度信号时，控制驱动装置(12)驱动卷筒(11)转动，再由卷筒(11)驱动抽油绳(23)带动采油装置(4)把油井管柱(5)内设定的液柱高度的液体提拉到油井外。

2.根据权利要求1所述的一种智能卷扬式提拉采油系统，其特征在于，所述采油装置(4)还设有用于提拉油井管柱(5)中液体的能够扩张的抽子(7)，所述抽子(7)中装有一个或多个其直径小于油井管柱内径的硬质高分子材料胶筒，所述采油装置在油井管柱内壁滑行上行速度为0.2m/s～1.2m/s时，在上行的提拉力和油井管柱中液体重力的挤压下，所述胶筒直径扩张为等于油井管柱内径。

3.根据权利要求2所述的一种智能卷扬式提拉采油系统，其特征在于：油井管柱(5)采用多根油管连接而成，并使得油管间连接缝隙小得足以使高分子材料胶筒在油管内平稳滑行，避免因缝隙过大而造成破损。

4.根据权利要求1所述的一种智能卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述井下液柱高度检测器(6)包括：用于检测井下采集的液体高度对应的压力的压力变送器(62)，具有测压孔(62a)，压力变送器(62)安置在由压力变送器外壳(62b)和连接在压力变送器外壳(62b)上的密封钢体(63)形成的空间内；所述密封钢体(63)上开有连接外界液体和测压孔(62a)的传压孔(63a)，以便将与油井管柱中液体高度对应的压力传递给压力变送器(62)。

5.根据权利要求4所述的一种智能卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述密封钢体(63)具有与外界油井管柱接触的导电接触部件；所述压力变送器(62)一方面与所述抽油绳(23)的金属芯电连接，另一方面与所述压力变送器外壳(62b)电连接，以便将检测到的井下液柱的信号通过抽油绳(23)和油井管柱(5)传递给控制装置(9)。

6.根据权利要求5所述的一种智能卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述的导电接触部件包括安置在密封钢体(63)内的多对钢球(63b)，多对钢球中的每一对沿径向放置，并且两钢球(63b)由弹簧(63c)连接，使得两钢球(63b)在弹簧(63c)作用下沿径向向外突出，以便钢球(63b)接触所述油井管柱(5)的内壁。

7.根据权利要求1所述的一种智能卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述抽油绳(23)具有两根通讯线缆，压力变送器(62)分别与两根通讯线缆电连接，以便将检测到的井下液柱的信号通过抽油绳(23)的通讯线缆传递给控制装置(9)。

8.根据权利要求4所述的一种智能卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述压力变送器(62)具有无限发射单元(62c)，压力变送器(62)将检测到的井下液柱的信号通过无限发射单元(62c)传送给所述控制装置(9)。

9.根据权利要求3所述的一种智能卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述油井管柱(5)由多节油管(5a、5b)通过接箍(51)连接而成；在相邻油管(5a、5b)之间设置尼龙环(53)，或钢环(53’)或位于接箍(51)内壁上的凸起(52)，以便减小相邻油管(5a、5b)之间的连接缝隙。