CN1032552C - 气压再生式稠油抽油机 - Google Patents

Abstract

一种气压再生式稠油抽油机，包括有由抽油缸体、抽油活塞与抽油杆组成的抽油泵装置，由气压缸、螺杆压缩机与换向阀等组成的气压驱动装置和由可编程控制器，可调逆变器与各种传感器组成的数控装置，是用压缩空气作驱动力、并能使抽油活塞等重力位能回收“再生”利用的新型抽油机。数控装置能实时测量工作状态进行处理调整，使整机达到最佳工作效率，为我国深井或稠油油田的石油开采提供了一项节能高效新装备。

Description

气压再生式稠油抽油机

本发明涉及一种新型结构的抽油机，也即用气压驱动并能将其回程位能回收“再生”利用的气压再生式稠油抽油机，属于油田开采设备技术领域。

· 我国的许多油田需要使用抽油机才能把深埋于地层内的石油采掘出来，通常采用的机械采油设备为游梁式抽油机，其传动方式是将电机的旋转运动通过皮带轮、齿轮变速箱、曲柄连杆机构、游梁驴头和抽油杆，再驱动井下的抽油泵作上下往复运动。机械传动结构庞杂，操作繁琐、噪音大、能耗高。虽然这种传动链可以满足驱动力与抽油泵之间的机械运动转换，但是，它不能使两者在抽油泵的一个往复循环的各个位置都能达到合理的载荷匹配。抽油机的负荷主要是重力提升负荷，由于抽油机传动机构与抽油泵不在同一垂直位置，为了要将动力由地面传递到井下，需要通过与油泵深度相同长度的抽油杆，因此，庞杂的抽油机传动部件和长达数百米乃至数千米的抽油杆重量就构成了抽油机负荷的80％，真正用来提升石油的有效负荷只占抽油机负荷的20％，而且还只用在抽油机的上行程。为了使下行程时的动力和抽油机传动部件以及抽油杆在上行程时储存的位能能得到利用，人们研制了各种形式的动力平衡装置，如铸铁平衡块等。然而，由于有效负荷与实际消耗负荷相差太大，至今还没有一种平衡方式能使抽油机的动力利用能达到令人满意的地步，这也是机械传动采油效率低的主要原因。而随着我国油田生产中稠油和深井开采任务的日趋繁重，现有的机械传动式抽油机的弊病就更显尖锐和突出了。

本发明的目的是提供一种采用压缩空气作为驱动动力，并能使抽油机抽油活塞的重力位能回收“再生”利用的新型抽油机----气压再生式稠油抽油机。

本发明结构组成如附图1所示：它包括有由抽油缸体2、抽油活塞1和抽油杆3组成的抽油泵装置和由动力源8、空气压缩机6、气压缸4、气动活塞5、换向控制阀16、17与蓄能器9组成的气压驱动装置，抽油杆3与气动活塞5相连接，其特征在于蓄能器9是充有一定压力气体的密闭承压容器，动力源8是交流电动机，该电动机的输入端接有可调逆变电源7，空气压缩机6是封闭式螺杆压缩机，在抽油泵中装有测量输出石油压力和温度的压力传感器12、温度传感器11和感测抽油活塞1位置的位移传感器13，在气压缸4和蓄能器9上分别装有气压压力传感器14和10，有接收传感器11、12、13、14和10信号并对可调逆变电源7和换向控制阀16、17进行控制的可编程控制器15。

在附图1中，换向控制阀16、17都处在上提抽油行程的位置。

本发明不同于传统的气平衡式游梁抽油机，它取消了原抽油机所具有的皮带轮、齿轮减速箱、曲柄连杆机构、游梁和支承轴承等大部分机械驱动部件，而在传统气平衡抽油贮气包(又称蓄能器9)与气压缸4之间，连接了一台密闭式螺杆压缩机，再配置了数控可调逆变电源7驱动的交流电动机8作为动力源，以该台压缩机作为驱动抽油机的原始动力。

本发明工作原理如下：当抽油活塞处在上提抽油行程时(附图1所示状态)，螺杆压缩机6正向旋转，输出的高压空气经换向阀16和在下行程时贮入蓄能器9的能量----压缩空气----同时经换向阀17进入气压缸4的下腔，推动气动活塞5并通过抽油杆3进而带动抽油活塞1上提，完成抽油工作行程。当到达上行程顶点时，可编程控制器15接收活塞位移传感器13的信号，控制可调逆变电源7的输出，使其反相，使动力源8电机带动螺杆压缩机6反向旋转，同时，也使换向阀16、17换向。这样，工作状态为可逆的螺杆压缩机6就改为由气压缸4抽气先后经换向阀17、16压入贮能器9。此时，抽油活塞等运动部件都处于高位，且质量都较大，有较大的位能，它们在重力作用下回程时，也使气压缸4下腔产生一定的压力。这部分位能与电机反向驱动压缩机6产生的能量同时被储存到蓄能器9中。此过程一直维持到抽油活塞下降到回程下限位置时，可编程控制器15接收到活塞位移传感器13信号，控制可调逆变电源7再次反相使电机8正向转动，使压缩机正向旋转，同时，换向控制阀16、17重新换向，压缩机6产生的高压空气与下行程贮入的能量同时进入气压缸4的下腔，推动气压活塞1上升，开始新的抽油循环。

在上述整个工作过程中，电机虽有正反向转动，但在上下行程时始终处于均衡的全负荷状态工作，使电机功率的利用率大大提高。整个抽油机又因其回程位能全都转换成气体动力被储存在蓄能器中，而在上行程时又被“再生”利用成提升动力而使其效率可以以倍计的量级而提高。

本发明采用压缩空气作为驱动力，从抽油机到抽油泵整体系统的运动部件可能产生的各种冲击负荷均被其吸收，各部件受力情况大为改善，使其工作寿命延长，整机的可靠性也相应得到提高。再者，由于在强度设计上受到制约的原机械驱动的受力部件被取消，现有构件的受力状态又大为改善，因而，可以对抽油机的许可负荷重新进行评估，增加其承载负荷，或者在此基础上设计大负荷抽油机。这些都对我国深井或稠油油田的开采是件福音。

本发明采用数控动力配置，用可编程控制器15，可改变可调逆变电源7的输出频率及相位关系，从而改变交流电机的转速和转向，进而改变螺杆压缩机6的排量和转向。这样，通过可编程控制器15可以调节抽油活塞1的运动速度和工作行程。在抽油泵2上装的压力传感器12、温度传感器11、活塞位移传感器13，在气压缸上装的气压压力传感器14，在贮能器9上装的气压传感器10，它们都作为可缩程控制器15的内输入。通过上述传感器可编程控制器可随时测量抽油机的运行状态。如用压力传感器12和温度传感器11可测得被抽石油的出油情况，并经过计算得到石油的粘稠度参数；通过压力传感器14可测得抽油活塞1的运动阻力。使用可编程控制器15对上述敏感参量进行处理，并与可编程控制器中设定的最佳运行值进行比较，做出相应决策，从而控制抽油活塞1的运行速度，使之处于最佳吸油条件。而通过对抽油活塞1上升和回程速度的控制，还控制了抽油机的运动周期，从而控制了生产率，满足生产管理的需要。总之，本发明可以在一个抽油作业循环中的各个瞬间状态都可以预以控制并使其进入最佳匹配状态，可根据每一口油井不同时期的不同特征，找到其对应的最佳循环规律而随时对数控系统进行调整。而这些恰是当前国内稠油井开采所必须解决而传统方法又是难以办到的。

本发明中的可编程控制器15可以是普通工业过程控制器，也可以是工业控制计算机，还可以是与其他控制部分或其他油井共有的中央控制计算机，通过标准工业控制介面，采用码分多址，时分操作方法对各传感器和控制机构进行测量和控制。总之，本发明利用当前已逐步比较成熟的机电一体化技术，对气动装置的重力位能加以回收利用，比较好地解决抽油机负荷均衡和能量充分利用问题，为我国深井或稠油油田的石油开采提供了一项节能高效新装备。

Claims (1)

1、一种气压再生式稠油抽油机，它包括有由抽油缸体(2)、抽油活塞(1)和抽油杆(3)组成的抽油泵装置和由动力源(8)、空气压缩机(6)、气压缸(4)、气动活塞(5)、换向控制阀(16)、(17)与蓄能器(9)组成的气压驱动装置，抽油杆(3)与气动活塞(5)相连接，其特征在于：蓄能器(9)是充有一定压力气体的密闭承压容器，动力源(8)是交流电动机，该电动机的输入端接有可调逆变电源(7)，空气压缩机(6)是封闭式螺杆压缩机，在抽油泵中装有测量输出石油压力和温度的压力传感器(12)、温度传感器(11)和感测抽油活塞(1)位置的位移传感器(13)，在气压缸(4)和蓄能器(9)上分别装有气压压力传感器(14)和(10)，有接收传感器(11)、(12)、(13)、(14)和(10)信号并对可调逆变电源(7)和换向控制阀(16)、(17)进行控制的可编程控制器(15)。

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