CN104018814A - 双平衡增程式液压抽油机 - Google Patents

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饶建华
肖陶康
程鹏
蔡诗龙
饶炜龙
刘浩
雷波
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Abstract

本发明提供了一种双平衡增程式液压抽油机,至少包括底座、抽油泵、抽油杆、悬绳器、液压油缸以及液压泵站,其中抽油泵安装在抽油杆的底端,抽油杆的顶端连接悬绳器,所述的液压油缸为三腔室液压缸,其固定连接在底座上,三腔室液压缸中设有活塞杆、两个液压腔和一个气腔,活塞杆的底端固定连接有环形活塞,所述的活塞杆上连接有冲程倍增系统,所述冲程倍增系统包括定滑轮组、动滑轮A、动滑轮B以及钢丝绳,其中动滑轮A铰接在活塞杆的顶端,钢丝绳A绕在动滑轮A上。本发明提供的双平衡增程式液压抽油机解决了目前油田采油设备中采油效率低、平衡效果差、冲程短、电机装机功率大、不便于调平衡和冲程冲次的问题。

Description

双平衡增程式液压抽油机
技术领域
本发明设计了一种应用于石油工业的双平衡增程式液压抽油机,是典型的机电液一体化设备,属采油设备技术领域。
背景技术
随着科学技术的突飞猛进,汽车和工程机械领域对石油的需求量越来越大,使石油供不应求,同时又随着对石油资源的过度开采,油液含水率越来越高。而目前国内油田的采油设备,约90%的抽油机都是游梁式抽油机,但是因游梁式抽油机的结构特征,决定了它的平衡效果差,使其减速箱输出轴在运转过程中出现“超扭矩”、电动机装机功率过高和曲柄净扭矩脉动大现象,致使抽油机“大马拉小车”、效率低。其次游梁式抽油机也不易满足长冲程和低冲次的需求。又因目前我国许多油田随地层变化后油液渗透率逐渐降低和含水量逐渐升高,井下供液通常不足,游梁式抽油机不易调平衡和调冲次的缺点导致抽油机易出现抽空现象。故游梁式抽油机有体型庞大笨重、运输不便、冲程短又不便于调节冲次、工作效率低和能耗大的不足,导致每年电费成为油田约50%的开支。
发明内容
针对目前油田采油设备的采油效率低、平衡效果差、冲程短、电机装机功率大、不便于调平衡和冲程冲次的问题,本申请设计了一种长冲程、低冲次的双平衡增程式液压抽油机,该抽油机能够提高采油效率和平衡度,在定产条件下降低电动机装机功率,以达到节能减耗的作用。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为:
一种双平衡增程式液压抽油机,至少包括底座、抽油泵、抽油杆、悬绳器、液压油缸以及液压泵站,其中抽油泵安装在抽油杆的底端,抽油杆的顶端连接悬绳器,所述的液压油缸为三腔室液压缸,其固定连接在底座上,三腔室液压缸中设有活塞杆、两个液压腔和一个气腔,活塞杆的底端固定连接有环形活塞,活塞通过密封元件和三腔室液压缸构成滑动副,其中第一液压腔呈环形,位于活塞杆与缸体之间,气腔位于活塞的下方,第二液压腔位于缸体的中心,且与活塞杆的内腔连通;上述两个液压腔和气腔中均设有接口,分别为接口A接口B和接口C,其中接口A位于第一液压腔的顶部,接口B位于第二液压腔的底部,接口C位于气腔的底部,上冲程时液压泵站中的液压油通过接口B进入缸体,通过接口A从缸体流出;下冲程时,液压泵站中的液压油通过接口A进入缸体,通过接口B从缸体流出;液压泵站上设有液压储能器;所述气腔上连接有气体平衡单元,所述气体平衡单元为气体平衡室以及储存在其中的高压气体,所述的高压气体通过管道与接口C进出气腔;
所述的活塞杆上连接有冲程倍增系统,所述冲程倍增系统包括定滑轮组、动滑轮A、动滑轮B以及钢丝绳,其中动滑轮A铰接在活塞杆的顶端,钢丝绳A绕在动滑轮A上,钢丝绳A的一端固定在底座上,另一端通过悬绳器与抽油杆连接;定滑轮组安装固定在动滑轮A的上方,钢丝绳C绕在定滑轮组上,钢丝绳C的一端连接在动滑轮A上,另一端连接在动滑轮B上,所述的钢丝绳B绕在动滑轮B上,钢丝绳B的一端固定在底座上,钢丝绳B的另一端连接有机械配重箱,所述机械配重箱中放置有配重块。
所述的定滑轮组中设有四个定滑轮,四个定滑轮分成两排,钢丝绳C设有两根,每一根钢丝绳C均绕过同排的两定滑轮,两根钢丝绳C的两端分别连接在动滑轮A和动滑轮B的转轴的两端。
本申请提供的双平衡增程式液压抽油机以其液压泵站、三腔室液压缸及液压元器件集成的液压驱动系统来取代油田仍广泛使用的游梁式抽油机的电动机和减速器组成的驱动系统。三腔室液压缸通过液压管路、气压管路和钢丝绳分别与液压泵站、气体平衡室和机械配重箱及抽油杆连接。本发明专利的液压泵站将机械能转化为液压油的压力能后,通过油路和换向阀流向三腔室液压缸的液压腔,以驱动三腔室液压缸实现伸缩的往复运动,带动井下抽油泵轴向往复运动以实现抽油的目的。
本发明专利的有益效果是,较易实现游梁式抽油机不易达到的长冲程、不易调节冲程和冲次,实现了抽油杆的增程,采用机械配重和气体平衡双平衡系统有效回收利用了抽油杆的重力势能,提高抽油机的平衡度和运行平稳性,降低了惯性载荷,定产条件下降低电动机装机功率,提高采油效率,节省可观电能;另外本装置占地面积小、设备制造用材少、易加工。
附图说明
图1为本发明提供的双平衡增程式液压抽油机的整体原理示意图;
图2为三腔室液压缸的结构示意图;
图3为本发明实施例中提供的双平衡增程式液压抽油机的整体结构示意图;
图4为图3的局部放大图。
图中:1-抽油泵,2-抽油杆,3-悬绳器,4-三腔室液压缸,5-钢丝绳A,6-动滑轮A,7-钢丝绳C,8-定滑轮,9-动滑轮B,10-钢丝绳B,11-机械配重箱,12-气体平衡室,13-液压蓄能器,14-液压泵站,15-定滑轮支座,16-顶架,17-竖直支架,18-底座,19-液压系统控制箱,20-接口A,21-接口B,22-接口C,23-活塞杆,24-活塞,25-气腔,26-第一液压腔,27-第二液压腔。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做详细具体的说明,但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
本发明所提供的双平衡增程式液压抽油机的整体原理图如图1所示,包括底座18、抽油泵1、抽油杆2、悬绳器3、液压油缸以及液压泵站14,其中抽油泵1安装在抽油2杆的底端,抽油杆2的顶端连接悬绳器3。
所述的液压油缸为三腔室液压缸4,其结构如图2所示,三腔室液压缸4固定连接在底座上,三腔室液压缸中设有活塞杆23、两个液压腔和一个气腔25,活塞杆23的底端固定连接有环形活塞24,活塞24通过密封元件和三腔室液压缸4构成滑动副,其中第一液压腔26呈环形,且位于活塞杆与缸体之间,气腔25位于活塞24的下方,第二液压腔27位于缸体的中心,且与活塞杆的内腔相连通;上述两个液压腔和气腔25中均设有接口,分别为接口A20接口B21和接口C22,其中接口A20位于第一液压腔26的顶部,接口B21位于第二液压腔27的底部,接口C22位于气腔25的底部,上冲程时液压泵站中的液压油通过接口B进入缸体,通过接口A从缸体流出;下冲程时,液压泵站中的液压油通过接口A进入缸体,通过接口B从缸体流出。液压泵站14上设有液压储能器13;所述气腔25上连接有气体平衡单元,所述气体平衡单元为气体平衡室12以及储存在其中的高压气体,所述的高压气体通过管道与接口C22进出气腔25。
所述的活塞杆上连接有冲程倍增系统,所述冲程倍增系统包括定滑轮组、动滑轮A6、动滑轮B9以及钢丝绳,其中动滑轮A6铰接在活塞杆的顶端,钢丝绳A5绕在动滑轮A6上,钢丝绳A的一端固定在底座18上,另一端通过悬绳器3与抽油杆2连接;定滑轮组安装固定在动滑轮A的上方,钢丝绳C7绕在定滑轮组上,钢丝绳C7的一端连接在动滑轮A上,另一端连接在动滑轮B上,所述的钢丝绳B10绕在动滑轮B9上,钢丝绳B10的一端固定在底座18上,钢丝绳B10的另一端连接有机械配重箱11,所述机械配重箱11中放置有配重块。
在本实施例中所提供的双平衡增程式液压抽油机的整体结构如图3和图4所示,装置整体安装在底座18、竖直支架17和顶架16上,顶架16上设置有定滑轮支座15,液压蓄能器和液压泵站均安装在液压系统控制箱19中。在本实施例中所述的定滑轮组中设有四个定滑轮8,四个定滑轮8分成两排,均安装在定滑轮支座15上,钢丝绳C7设有两根,每一根钢丝绳C7均绕过同排的两定滑轮8,两根钢丝绳C的两端分别连接在动滑轮A6和动滑轮B9的两侧面上。
本实施例所提供的双平衡增程式液压抽油机的工作原理如下:液压泵站为驱动源,将机械能转化为压力能后,将压力油从接口B泵入第二液压腔,同时气体平衡室的高压气体通过接口C流入气腔,在二者的共同作用下推动活塞杆伸出,气体平衡室存储能量得到释放,与此同时液压油从接口A流出,流回油箱。当活塞杆伸出时,动滑轮A上升带动抽油杆上升实现抽油机上冲程。根据动滑轮原理,抽油杆上升高度为S,活塞杆的上升高度为S/2,从而实现抽油杆的增程作用;同时通过钢丝绳C与动滑轮A连接的动滑轮B的下降高度为S/2,同理,故机械配重箱在其自重作用下下降高度为S,其行程与抽油杆的行程相同,故该实施例中活塞杆和抽油杆行程对动滑轮B和机械配重箱行程为原点对称结构。
同理,在下冲程时,抽油杆在自重作用下下降高度为S,动滑轮A下降,活塞杆的下降高度为S/2,活塞杆缩回将气腔里气体压回气体平衡室中,从而把抽油杆的重力势能存储起来,动滑轮B和机械配重箱在活塞杆和抽油杆的作用下上升,动滑轮B的上升高度为S/2,机械配重箱上升高度为S,完成一个冲次。

Claims (2)

1.一种双平衡增程式液压抽油机,至少包括底座、抽油泵、抽油杆、悬绳器、液压油缸以及液压泵站,其中抽油泵安装在抽油杆的底端,抽油杆的顶端连接悬绳器,其特征在于:所述的液压油缸为三腔室液压缸,其固定连接在底座上,三腔室液压缸中设有活塞杆、两个液压腔和一个气腔,活塞杆的底端固定连接有环形活塞,活塞通过密封元件和三腔室液压缸构成滑动副,其中第一液压腔呈环形,位于活塞杆与缸体之间,气腔位于活塞的下方,第二液压腔位于缸体的中心,且与活塞杆的内腔连通;上述两个液压腔和气腔中均设有接口,分别为接口A接口B和接口C,其中接口A位于第一液压腔的顶部,接口B位于第二液压腔的底部,接口C位于气腔的底部,上冲程时液压泵站中的液压油通过接口B进入缸体,通过接口A从缸体流出;下冲程时,液压泵站中的液压油通过接口A进入缸体,通过接口B从缸体流出;液压泵站上设有液压储能器;所述气腔上连接有气体平衡单元,所述气体平衡单元为气体平衡室以及储存在其中的高压气体,所述的高压气体通过管道与接口C进出气腔;
所述的活塞杆上连接有冲程倍增系统,所述冲程倍增系统包括定滑轮组、动滑轮A、动滑轮B以及钢丝绳,其中动滑轮A铰接在活塞杆的顶端,钢丝绳A绕在动滑轮A上,钢丝绳A的一端固定在底座上,另一端通过悬绳器与抽油杆连接;定滑轮组安装固定在动滑轮A的上方,钢丝绳C绕在定滑轮组上,钢丝绳C的一端连接在动滑轮A上,另一端连接在动滑轮B上,所述的钢丝绳B绕在动滑轮B上,钢丝绳B的一端固定在底座上,钢丝绳B的另一端连接有机械配重箱,所述机械配重箱中放置有配重块。
2.根据权利要求1所述的双平衡增程式液压抽油机,其特征在于:所述的定滑轮组中设有四个定滑轮,四个定滑轮分成两排,钢丝绳C设有两根,每一根钢丝绳C均绕过同排的两定滑轮,两根钢丝绳C的两端分别连接在动滑轮A和动滑轮B的转轴的两端。
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