CN103643919A - 探井试油连续排液装置 - Google Patents

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徐文庆
汪云家
李加庆
仲如冰
贺启强
肖姝
杭发琴
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Abstract

本发明是探井试油连续排液装置，用于油田勘探井试油排液生产。该装置包括动力装置，所述动力装置包括电动系统，所述电动系统包括顺序相连的电动机、减速机和大绳滚筒，所述电动系统连接蓄能系统。所述蓄能系统是液压马达/泵蓄能系统或者是由液缸蓄能装置所构成的系统。由于在动力装置中设置了蓄能系统，减缓了抽油杆上、下行程中不同的载荷差异导致的电机载荷不平衡，改善了电机负载状态，提高了电机寿命，且有效提高电机的工作效率，减少电机装机功率。

Description

探井试油连续排液装置
技术领域
本发明涉及石油开采井机械采油使用的地面动力装置，具体地讲是探井试油连续排液装置，用于油田勘探井试油排液生产。
背景技术
石油勘探是油田最重要的工作之一，为了确定油藏的产能等参数，勘探井完井后要进行试油排液作业。以往排液作业有两种方式，一是安装抽油机进行排液，这种方法投资较大；二是采用作业设备，依靠人工操作通井机进行抽吸排液，这种方法人工劳动强度大，效率低，设备工作参数变化较大。为了解决这一问题，中国专利：专利号ZL200720025542.X，申请日2007年07月23日，专利名称“探井试油连续排液装置”发明了一种可以代替通井机的动力装置，该动力装置的大绳滚筒能够自动进行正反转转换，从而带动柱塞式抽油泵进行排液作业。为了解决抽油泵系统上行与下行的载荷不平衡问题，该动力装置采用电阻发热方式来消耗掉抽油杆下行产生的势能。该电阻发热方式在实际应用过程中暴露出以下问题，抽油杆柱上行程提液时，电机运行处于电动机工况；抽油杆柱下行程时，电机运行处于发电机工况。一方面使得开关磁阻电机运行工况处于恶劣状态，发生电流回击现象，导致电机绝缘和控制元器件容易烧毁，缩短设备的使用寿命，也增加了设备现场维护工作量。另一方面，增大了电机和配套发电机的装机功率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了探井试油连续排液装置，通过采用蓄能系统的平衡方式，改善了装置的运行工况，提高了系统效率。
本发明的技术方案是：探井试油连续排液装置，包括动力装置，所述动力装置包括电动系统，所述电动系统包括顺序相连的电动机、减速机和大绳滚筒，所述电动系统连接蓄能系统。
所述蓄能系统是液压马达/泵蓄能系统，液压马达/泵蓄能系统包括液压马达/泵、蓄能器和油箱，所述液压马达/泵通过油管分别连接蓄能器和油箱。所述液压马达/泵连接大绳滚筒；或者，所述液压马达/泵通过三轴减速箱连接在大绳滚筒和减速机之间；或者，所述液压马达/泵通过三轴减速箱连接在电动机和减速机之间；或者，所述电动机是一种双轴伸电动机，所述液压马达/泵与电动机相连接。
探井试油连续排液装置还可以这样实现：所述蓄能系统包括蓄能滚筒、皮带和液缸蓄能装置，蓄能滚筒与大绳滚筒相连，皮带一端缠绕在蓄能滚筒上，另一端与液缸蓄能装置的活塞相连。所述液缸蓄能装置包括用油管分别相连的液缸、蓄能器和油箱，所述液缸是一种单作用液缸，蓄能器通过油管与液缸的活塞端相连，液缸的液缸套端与油箱用油管连通。所述蓄能滚筒与大绳滚筒之间还可以连接一个蓄能减速机，所述蓄能减速机可以是一种直交轴减速机；或者，所述电动机是一种双轴伸电动机，所蓄能滚筒与电动机相连接。所述蓄能滚筒与电动机之间还可以连接一个蓄能减速机，所述蓄能减速机可以是一种直交轴减速机。或者，三轴减速箱安装在电动系统的任何两个装置之间，所述蓄能滚筒与三轴减速箱相连。
在电动机、减速机和大绳滚筒之间任意位置连接一个刹车装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是，在动力装置中设置了蓄能系统，该系统把抽油杆下行时的势能通过蓄能器存储起来，在抽油杆上行过程中蓄能器储存的能量和电机一起驱动大绳滚筒来提升抽油杆，这样就减缓了抽油杆上、下行程中不同的载荷差异导致的电机载荷不平衡，改善了电机负载状态，提高了电机寿命，且有效提高电机的工作效率，减少电机装机功率。
附图说明
图1是探井试油连续排液装置构成示意图。
图2是动力装置构成示意图。
图3是液压马达/泵蓄能系统连接在电动系统一端的动力装置构成示意图。
图4是液压马达/泵蓄能系统连接在电动系统装置之间的动力装置构成示意图。
图5是液缸蓄能装置示意图。
图6是采用液缸蓄能装置的动力装置构成示意图。
具体实施方式
见图1探井试油连续排液装置构成示意图所示，探井试油连续排液装置包括动力装置1、大绳2、井架与滑轮系统3和大钩4构成，大绳2缠绕在动力装置1的大绳滚筒上，动力装置1拖动大绳2做往复运动，大绳2又带动大钩3做上下往复运动，大钩3又带动抽油杆5进行抽油作业。
见图2动力装置构成示意图所示，动力装置包括电动系统20和蓄能系统25，其中电动系统20是图中虚线框中的部分包括电动机21、减速机23和大绳滚筒24，电动机21连接减速机23，同样地，减速机23、大绳滚筒24和蓄能系统25依次相连。当电动机21采用双轴伸电动机时，蓄能系统25也可以连接在电动机21右端。电动系统20中的各装置以及电动系统20与蓄能系统25的联接，其传动轴都是用联轴器联接的，如电动机21通过联轴器22连接减速机23，以下的叙述中对传动轴的这种联接方式不再重复说明。此处说明：文中所述的“双轴伸电动机”是指电动机的两端同时有输出轴，本申请文件中称为双轴伸电动机。
见图3液压马达/泵蓄能系统连接在电动系统一端的动力装置构成示意图所示，所述蓄能系统25是一种液压马达/泵蓄能系统，液压马达/泵蓄能系统包括液压马达/泵39、蓄能器37和油箱36，所述液压马达/泵39通过油管38分别连接蓄能器37和油箱36。所述液压马达/泵39连接大绳滚筒24；当电动机21采用双轴伸电动机时，所述液压马达/泵蓄能系统的液压马达/泵39还可以与电动机21相连，也就是把图3中的蓄能系统25从图的左边移至右边。图3中的电动系统20包括电动机21、减速机23和大绳滚筒24，其连接方式与图2中的连接方式相同。为了安全和操作方便，一般地在电动系统20中还安装有刹车装置31，刹车装置31可以安装在电动系统20的任何两个装置之间，在图2至图5的所有装置中，刹车装置31的安装方式和作用是相同的，在后面的叙述中就不再重复。
上述图3液压马达/泵蓄能系统连接在电动系统一端的动力装置的工作原理是：电动机21是一种开关磁阻电机，在电机控制系统的控制信号下实现正、反交替旋转。液压马达/泵39是一种具有马达和泵两种功能的液压机械，当它的轴正转时，它处于泵状态，把吸入的低压液压油加压后泵出，当它的轴反转时，它处于马达状态，高压液压油驱它的轴反转，从而驱动其它机械。电动机21通过减速机23驱动大绳滚筒24，大绳滚筒24上缠绕有大绳，当电动机21正转时，大绳滚筒24正转提升抽油杆，同时，储存在蓄能器37中的能量做功驱动液压马达/泵39正转，此时的液压马达/泵39处于马达状态，与电动机一起驱动大绳滚筒24正转上提抽油杆。当电动机21反转时，大绳滚筒24反转下放抽油杆，抽油杆的势能与电动机21一起驱动大绳滚筒24和液压马达/泵39反转，此时的液压马达/泵39处于泵状态，把油箱36中的液压油泵入蓄能器37，通过蓄能器37把抽油杆下行过程中的势能储存起来。
见图4液压马达/泵蓄能系统连接在电动系统装置之间的动力装置构成示意图所示，图4所示的装置是把图3中的蓄能系统25从安装在电动系统20的一端改为安装在电动系统20中两个装置之间。具体地，所述蓄能系统25是一种液压马达/泵蓄能系统，液压马达/泵蓄能系统包括液压马达/泵39、蓄能器37和油箱36，所述液压马达/泵39通过油管38分别连接蓄能器37和油箱36。所述液压马达/泵39通过三轴减速箱41连接在电动机21和减速机23之间；或者，所述液压马达/泵39通过三轴减速箱41连接在大绳滚筒24和减速机23之间。图4所示装置的工作原理与图3所示装置的工作原理相同。
见图5液缸蓄能装置示意图，这是一种常用的蓄能装置。液缸蓄能装置60包括液缸63、蓄能器37和油箱61，所述液缸63是一种单作用液缸。蓄能器37通过油管66与液缸63的活塞端64相连，液缸63的液缸套端62与油箱61用油管66连通。液缸蓄能装置的工作原理是：蓄能器37上部充满氮气，当然也可以是其它惰性气体，蓄能器37下部和液缸中充满液压油。当外力拉动活塞65向左运动时，活塞端64内的液压油被压进蓄能器37中，蓄能器37中的压力升高，外力所做的功被蓄能器37储存起来。当活塞65向右运动时，蓄能器37中的气体膨胀，压力降低，推动活塞65向右运动，蓄能器37储存的能量又释放了出来。当活塞65向左运动时，液缸套端62是从油箱61中吸入液压油；当活塞65向右运动时，液缸套端62是流出液压油到油箱61中。
见图6采用液缸蓄能装置的动力装置构成示意图，电动系统20包括电动机21、减速机23和大绳滚筒24，电动机21连接减速机23，同样地，减速机23、大绳滚筒24和蓄能系统25依次相连，刹车装置31可以安装在电动系统20的任何两个装置之间。所述蓄能系统25包括蓄能滚筒502、皮带503和液缸蓄能装置60，蓄能滚筒502与大绳滚筒24相连，皮带503一端缠绕在蓄能滚筒上，另一端与液缸蓄能装置60的活塞65相连。为了安装紧凑，所述蓄能滚筒502与大绳滚筒24之间还可以连接一个蓄能减速机501，所述蓄能减速机501可以是一个输入轴与输出轴成90°的直交轴减速机，这样蓄能系统25还包括蓄能减速机501。液缸蓄能装置60的结构与图5所示完全相同。当电动机21采用双轴伸电动机时，蓄能系统25也可以安装在电动机21的右端；如果使用三轴减速箱，蓄能系统25还可以安装在电动系统20的任何两个装置之间。皮带503也可以是钢丝绳。
采用液缸蓄能装置的动力装置的工作原理是：电动机21是一种开关磁阻电机，在电机控制系统的控制信号下实现正、反交替旋转。电动机21通过减速机23驱动大绳滚筒24，大绳滚筒24上缠绕有大绳，当电动机21正转时，大绳滚筒24正转提升抽油杆，同时，储存在蓄能器中的能量做功推动活塞65向右运动，活塞65拖动皮带503从而带动蓄能滚筒502、蓄能减速机501和大绳滚筒24正转，储存在蓄能器中的能量就变成了提升抽油杆的动力。当电动机21反转转时，大绳滚筒24反转下放抽油杆，抽油杆的势能与电动机21一起驱动大绳滚筒24、蓄能减速机501和蓄能滚筒502反转，拖动皮带503和活塞65向左运动，通过蓄能器把抽油杆下行过程中的势能和电动机21做的功储存起来。

Claims (13)

1.探井试油连续排液装置，包括动力装置（1），所述动力装置（1）包括电动系统（20），所述电动系统（20）包括顺序相连的电动机（21）、减速机（23）和大绳滚筒（24），其特征在于，所述电动系统（20）连接蓄能系统（25）。
2.根据权利要求1所述的探井试油连续排液装置，其特征在于，所述蓄能系统（25）是液压马达/泵蓄能系统，所述的液压马达/泵蓄能系统包括液压马达/泵（39）、蓄能器（37）和油箱（36），所述液压马达/泵（39）通过油管（38）分别连接蓄能器（37）和油箱（36），所述液压马达/泵（39）连接大绳滚筒（24）。
3.根据权利要求1所述的探井试油连续排液装置，其特征在于，所述蓄能系统（25）是液压马达/泵蓄能系统，所述的液压马达/泵蓄能系统包括液压马达/泵（39）、蓄能器（37）和油箱（36），所述液压马达/泵（39）通过油管（38）分别连接蓄能器（37）和油箱（36）；所述电动机（21）是一种双轴伸电动机，所述液压马达/泵（39）与电动机（21）相连接。
4.根据权利要求1所述的探井试油连续排液装置，其特征在于，所述蓄能系统（25）是液压马达/泵蓄能系统，所述的液压马达/泵蓄能系统包括液压马达/泵（39）、蓄能器（37）和油箱（36），所述液压马达/泵（39）通过油管（38）分别连接蓄能器（37）和油箱（36），所述液压马达/泵（39）通过三轴减速箱(41)连接在大绳滚筒(24)和减速机(23)之间。
5.根据权利要求1所述的探井试油连续排液装置，其特征在于，所述蓄能系统（25）是液压马达/泵蓄能系统，所述的液压马达/泵蓄能系统包括液压马达/泵（39）、蓄能器（37）和油箱（36），所述液压马达/泵（39）通过油管（38）分别连接蓄能器（37）和油箱（36），所述液压马达/泵（39）通过三轴减速箱(41)连接在电动机(21)和减速机(23)之间。
6.根据权利要求1所述的探井试油连续排液装置，其特征在于，所述蓄能系统（25）包括蓄能滚筒(502)、皮带(503)和液缸蓄能装置(60)，蓄能滚筒(502)与大绳滚筒(24)相连，皮带(503)一端缠绕在蓄能滚筒(502)上，另一端与液缸蓄能装置(60)的活塞(65)相连；所述液缸蓄能装置(60)包括用油管(66)分别相连的液缸(63)、蓄能器(37)和油箱(61)，所述液缸(63)是一种单作用液缸，蓄能器(37)通过油管(66)与液缸(63)的活塞端(64)相连，液缸(63)的液缸套端(62)与油箱(61)用油管(66)连通。
7.根据权利要求1所述的探井试油连续排液装置，其特征在于，所述电动机(21)是一种双伸轴电动机；所述蓄能系统（25）包括蓄能滚筒(502)、皮带(503)和液缸蓄能装置(60)，蓄能滚筒(502)与电动机(21)相连，皮带(503)一端缠绕在蓄能滚筒(502)上，另一端与液缸蓄能装置(60)的活塞(65)相连；所述液缸蓄能装置(60)包括用油管(66)分别相连的液缸(63)、蓄能器(37)和油箱(61)，所述液缸(63)是一种单作用液缸，蓄能器(37)通过油管(66)与液缸(63)的活塞端(64)相连，液缸(63)的液缸套端(62)与油箱(61)用油管(66)连通。
8.根据权利要求6所述的探井试油连续排液装置，其特征在于，所述蓄能滚筒(502)与大绳滚筒(24)之间还连接一个蓄能减速机(501)。
9.根据权利要求8所述的探井试油连续排液装置，其特征在于，所述蓄能减速机(501)是一种直交轴减速机。
10.根据权利要求7所述的探井试油连续排液装置，其特征在于，所述蓄能滚筒(502)与电动机(21)之间还连接一个蓄能减速机(501)。
11.根据权利要求10所述的探井试油连续排液装置，其特征在于，所述蓄能减速机(501)是一种直交轴减速机。
12.根据权利要求1所述的探井试油连续排液装置，其特征在于，三轴减速箱安装在电动系统20的任何两个装置之间；所述蓄能系统（25）包括蓄能滚筒(502)、皮带(503)和液缸蓄能装置(60)，蓄能滚筒(502)与三轴减速箱相连，皮带(503)一端缠绕在蓄能滚筒(502)上，另一端与液缸蓄能装置(60)的活塞(65)相连；所述液缸蓄能装置(60)包括用油管(66)分别相连的液缸(63)、蓄能器(37)和油箱(61)，所述液缸(63)是一种单作用液缸，蓄能器(37)通过油管(66)与液缸(63)的活塞端(64)相连，液缸(63)的液缸套端(62)与油箱(61)用油管(66)连通。
13.根据权利要求1～12任一权利要求所述的探井试油连续排液装置，其特征在于，在电动机(21)、减速机(23)和大绳滚筒(24)之间任意位置连接一个刹车装置(31)。
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