CN104033134A - 一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，包括：动力驱动总成、控制总成、井架总成、井口装置、井下管柱和井下多级柱塞超长冲程抽油泵。动力驱动总成驱动的柔性抽油绳依次穿过井口装置的防喷盒、偏心井口、井下管柱后，与管柱内的钢丝绳或抽油杆用卡箍连接，构成全井抽油绳。钢丝绳或抽油杆与抽油泵的多级柱塞连接。井架总成上安装定滑轮总成和滑摆装置。所述的井口装置与管柱连接，管柱与井下多级柱塞超长冲程抽油泵的超长泵筒连接。本发明既能克服游梁式抽油机冲程受限和不适宜低产油井、深井，含气大井的缺点，又能避免现有的卷扬式提拉采油装置因全井运行模式而存在的整机体积和重量大，耗材多且不便运输等问题。

Description

一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统及工作方法

技术领域

本发明涉及一种采油设备，尤其涉及一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统及工作方法。

背景技术

目前，游梁式抽油机是杆式抽油机最主要的抽油设备，其缺点是：1、受结构限制冲程一般为6-8m，冲程损失较大；2、抽油机体积大，耗材多，3、设备运行维护费用及采油吨液费用大；4、不适于深井、低渗透井、稠油井和含气的井。随着我国大部分油田进入开采的中、后期，尤其是低渗透井、超深井、稠油井的不断开发，游梁式抽油机已不适于采油后期生产需要。近年来出现了提拉式抽油装置，采油方式是在油管组成的管柱内利用柔性抽油绳带动抽油柱塞从井底到井口提拉井液的全井运行模式。缺点是：1、由于全井运行模式，抽子经过的管柱需要特殊处理，油管处理成本高。2、由于全井运行模式，大量的柔性抽油绳需在卷筒上缠绕且负荷大，只能选择大尺寸的卷筒和又高又粗的井架等，整机体积大，耗材多，成本高，也不便于运输。3、超长的柔性抽油绳在卷筒上缠绕易出现乱缠现象，需配备大型的排绳装置，进一步增加整机的体积和重量。4、抽子上、下往复行程长，摩擦损耗大，需停产、起井维修，维修费时、费力且耽误生产。5、抽子在长距离运行中易出现遇阻现象。6、全程使用柔性抽油绳，磨损后需要整条更换，不但成本高，且不适于超过2000米的深井，因为深井井下温度高，易造成注塑熔化等。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术在生产中存在的实际问题，提供一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统及工作方法，利用井下多级柱塞超长冲程抽油泵，使抽油机冲程在十几米至几百米间任意设定，打破有杆泵冲程仅为6-8米的限制，实现超长冲程的非全井运行模式，既能克服游梁式抽油机冲程受限和不适宜低产油井、深井，含气大井的缺点，又能避免现有的卷扬式提拉采油装置因全井运行模式而存在的整机体积和重量大，耗材多且不便运输；抽子损耗快、油管处理成本高，柔性抽油绳磨损后需整条更换成本过大等缺点，尤其是利用封隔器封堵油套环形空间，可将多级柱塞超长冲程抽油泵泵筒以上的油管取出，可再次降低油井一次性投资成本；使整机可降成本近40％。

一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统包括：动力驱动总成、定滑轮总成、控制总成、井架总成、滑摆装置、压绳装置、井口装置、井下管柱、柔性抽油绳、 钢丝绳或抽油杆和井下多级柱塞超长冲程抽油泵；动力驱动总成驱动的柔性抽油绳的长度大于设定冲程长度，柔性抽油绳的一端缠绕在动力驱动总成的卷筒上，另一端穿过滑摆装置的两导向轮间的通孔，并绕过定滑轮，依次穿过井口装置的防喷盒、偏心井口、井下管柱后，与管柱内的钢丝绳或抽油杆用卡箍连接，构成全井抽油绳；钢丝绳或抽油杆的另一端与井下多级柱塞超长冲程抽油泵的多级柱塞连接；井架总成上安装定滑轮总成和滑摆装置；所述的井口装置与管柱连接，管柱与井下多级柱塞超长冲程抽油泵的超长泵筒连接；井下多级柱塞超长冲程抽油泵由超长泵筒和多级柱塞构成，其多级柱塞置于超长泵筒内；所述的控制总成由旋转编码器和压力传感器组成；压力传感器通过偏心井口下入油井底部的油套环形空间内。

所述的井下多级柱塞超长冲程抽油泵的超长泵筒是由多个泵筒“一字型”连接构成；多个泵筒的连接方式是：经精轧和珩磨后满足泵筒参数要求的两泵筒的端口处切有切口，两泵筒的端口部车有外螺纹；接箍内壁两端车有与两泵筒相匹配的内螺纹，接箍中间留有止口；两泵筒与接箍螺纹连接，配合间隙为0.01mm，且止口对中定位；两泵筒的对接后两端面间最大缝隙限制在0.1～0.2mm；对接后的两泵筒的直线度≤0.04mm/m；两泵筒装配接箍后用通径规通试，若两泵筒对接后直线度＞0.04mm/m，则需进行珩磨校正，确保直线度≤0.04mm/m，并对两泵筒、接箍进行连接顺序的标注；按照同样工序，将多个泵筒进行连接，直至连接在一起的多个泵筒的总长度大于油井设定的冲程长度为止。

所述的井下多级柱塞超长冲程抽油泵的钢体式多级柱塞包括密封腔部分、加重部分和串连的多个钢体式单级柱塞；密封压套、密封胶敦和压绳头将钢丝绳或抽油杆在密封腔上节内压紧，密封压套、密封腔上节、密封腔、上变径依次螺纹连接，密封圈密封，构成柱塞的密封腔部分；串接加重杆的数量由配重需要决定；下变径、多个加重杆、加重杆下端依次螺纹连接，构成柱塞的加重部分)；钢体式单级柱塞的结构是：顶部车有圆头的上挂体的下部为空腔，与空腔对应的管壁上开有出液通孔；在上挂体的空腔内置放凡尔阀球和凡尔阀球座；凡尔阀球座被上挂体空腔内壁上的档台限位，并将凡尔阀球限定在上挂体的空腔内；外衬钼铬合金衬套的中心管的上端与上挂体的下端以螺纹连接，并紧紧顶住凡尔阀球座，中心管的下端与下接头的上端以螺纹连接；下接头的管壁上开有进液孔；上挂体、凡尔阀球、凡尔阀球座、中心管、衬管和下接头构成了钢体式单级柱塞；结构相同的多个钢体式单级柱塞顺次按照下一级钢体式单级柱塞的上挂体内挂在上一级钢体式单级柱塞的下接头的下部空腔内；利用焊接件与下接头焊接，将上挂体悬挂在下接头的空腔内；同理连接第三级、第四级.....，最后一级钢体式单级柱塞的上挂 体与中心管通过接箍外螺纹连接，最后一级钢体式单级柱塞的下接头被下凡尔座体替代；下凡尔座体的上、下两端为空腔，其下腔体内放置放凡尔阀球和凡尔阀球座，凡尔阀球座被下凡尔座体内壁上的档台限位，并将凡尔阀球限定在其空腔内；下凡尔座体的中间开有连通上、下腔体的轴向通孔；下凡尔座体的上端与中心管螺纹连接，其下端与管壁上开有进液孔的配重接头连接；配重接头与加重部分的下变径连接；第一级钢体式单级柱塞的上挂体的圆头部分内挂在下部为空腔的上接头上，焊接件与上接头的管壁焊接，将上挂体的圆头限定在其腔体内；上接头与密封腔部分的上变径螺纹连接，构成钢体式多级柱塞。

所述的串连的钢体式单级柱塞的数量由钢体式单级柱塞与泵筒的接触面长度和行业规范要求决定。

动力驱动总成包括电机、卷筒、制动器总成；电机的输出轴上装有链轮；轴上装有卷筒链轮的卷筒安装在卷筒底座上，压绳装置紧靠卷筒，并安装在卷筒底座上，防止卷筒缠绳乱序；卷筒底座、电机、制动器总成固定在地面基座上；卷筒链轮与链轮位于同一平面内且通过传动链条连接；井口装置包括防喷盒、偏心井口、单流阀和输油管线。

所述的滑摆装置与压绳装置配合使用；所述的滑摆装置的结构是：T型摆杆的前端并排紧靠装有两个导向轮，摆杆与带有滑槽的两滑摆底座以轴连接，滑摆底座以螺栓固定在井架横梁上；摆杆的轴可在滑槽内纵向调节固定，用于调整柔性抽油绳与定滑轮之间的夹角；柔性抽油绳穿过两个导向轮形成的通孔，摆杆随着柔性抽油绳在卷筒上的缠绕或释放而在轴上横向摆动；所述压绳装置的结构是：在远离减速电机的卷筒底座上固定安装压绳装置，压绳装置的结构是：带有两支耳的叉形横杆与立杆轴连接，立杆下端固定在卷筒底座上，弹簧的两端分别固定在横杆和立杆上，对横杆起牵引作用，压轮安装在叉形横杆的两支耳上，与卷筒的轴平行、等长且位于卷筒的上后方，与卷筒的卷筒面保持适当的间距。

所述的柔性抽油绳为含有加热电缆的可加热柔性抽油绳，可加热柔性抽油绳的井下端头部位内装温度传感器；可加热柔性抽油绳的长度应超过管柱的结蜡点处，可加热柔性抽油绳与管柱内的钢丝绳或抽油杆用卡箍连接；结蜡点处对应的以上管柱涂有防止热量散失的保温涂层；控制装置根据可加热柔性抽油绳的温度传感器监测的温度信号与设定温度对比来控制可加热柔性抽油绳加热；可加热柔性抽油绳与涂有保温涂层的管柱配合使用。

所述井下管柱可在多级柱塞超长冲程抽油泵的泵筒上部的油管外安装封隔器和丢 手，以螺纹连接。

井下设备安装完毕后，将封隔器逐步涨封，封堵油套环形空间，利用丢手将封隔器上部油管起出，井下多级柱塞超长冲程抽油泵抽汲的井液在套管内流动，可以大大降低油井一次性投资成本。

所述的动力驱动总成的电机与行星式减速机直联成减速电机，减速电机的输出轴通过联轴器与卷筒的卷筒轴连接。

减速电机的输出轴通过法兰式联轴器与卷筒的卷筒轴连接，即，法兰式联轴器的两套筒分别套装在减速电机的输出轴和卷筒轴上，以键连接；两套筒用两铰制孔用螺栓固定在一起；构成减速电机直驱卷筒转动的直驱结构。

所述的动力驱动总成的电机带动行星减速机的小皮带轮，小皮带轮带动大皮带轮转动，大皮带轮通过键与齿轮轴连接，带动太阳轮转动，太阳轮通过齿合的方式与行星轮连接，使行星轮绕自己的行星轴转动，带动齿圈转动，由于齿圈与卷筒通过螺栓连接成一体，当齿圈旋转时，卷筒也开始旋转，并且绕着安装在支架上的轴承绕支架转动；防尘罩、机罩总成通过螺栓与支架连接。

所述的井架总成上安装的定滑轮与卷筒按下列条件定位时，可省略所述的滑摆装置：根据柔性抽油绳的特性设定卷筒的最小直径，A；当井下多级柱塞超长冲程抽油泵设定的冲程米数需要柔性抽油绳在卷筒上缠绕的层数不少于2层时，以井架总成上安装的定滑轮的凹槽中心为轴对称定位卷筒，既，卷筒与定滑轮对称定位；且定滑轮凹槽内的柔性抽油绳到卷筒的两挡边的夹角应不大于2.5度，并以此确定卷筒与定滑轮的最小水平间距为ctan1.25°×L1/2，L₁为卷筒两挡边的间距；B:当井下多级柱塞超长冲程抽油泵设定的冲程米数需要柔性抽油绳在卷筒上缠绕的层数不足2层时，定滑轮的凹槽内的柔性抽油绳在卷筒上缠绕总道数的一半时的最大位移夹角应不大于2.5度，且定滑轮的凹槽中心与柔性抽油绳在卷筒上缠绕总道数的四分之一处相对应来确定卷筒的位置，既，卷筒与定滑轮偏心定位；并以此确定卷筒与定滑轮的最小水平间距为ctan1.25°×L2/2，L₂为柔性抽油绳在卷筒上缠绕总道数的一半时的最大平移距离；此外，在卷筒上需将卷筒缠满一层的总道数与冲程总道数的一半的道数差补满。

所述的卷筒的卷筒挡边可为拼接式，在卷筒挡边外侧沿直径方向对称焊接两对带有螺栓孔的连接板；半圆形卷筒裙边上也开有与连接板相对应的螺栓孔，两个半圆形卷筒裙边通过螺栓与卷筒挡边联接固定。

所述的抽油杆在结蜡点以上部位按照间距小于冲程米数，车有多处螺纹，刮蜡除垢 器以螺纹连接在抽油杆上。

所述的卷筒底座加高至卷筒与定滑轮等高。可减少柔性抽油绳与卷筒之间的倾斜角度，减少柔性抽油绳的磨损。

一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统的工作方法，控制总成根据设定的上行缓冲时间控制电机停机等待；根据套管内压力传感器监测的压力值控制电机下行；根据电机轴上安装的旋转编码器计算出的多级柱塞超长冲程抽油泵下入井深数与设定的下行最大深度对比来控制电机停止下行并反向旋转，提升井液；根据旋转编码器计算出的上行行程和设定的上行最大深度对比来控制电机停止转动；同时控制总成也相应控制制动器总成对卷筒进行制动或解除制动；进而使柔性抽油绳在设定的冲程内反复提升或下放井下的多级柱塞超长冲程抽油泵的多级柱塞提升井液，改变以往卷扬式提拉采油系统的柱塞从井底一直提升至井口的全井运行模式，实现柱塞只在泵筒内反复上、下运行的超长冲程的非全井运行模式。

所述的控制总成的控制流程是：

a、系统启动，设定井口深度为0米，井下深度为负值；通过键盘输入，启动压力，下行最大深度，上行最大深度，停机等待时间T，最大电流；压力传感器，电流监测模块，编码器处于工作状态，时时将各种信号传送到电路控制板CPU；

b、电路控制板CPU，将电机停转，液压推动器制动；

c、电路控制板CPU，对套管内压力传感器的值是否大于等于启动压力进行逻辑判断；

c1：套管内压力传感器值＜启动压力，控制流程返回b；

c2：套管内压力传感器值≥启动压力，CPU解除液压推动器制动；

d、液压推动器通电，解除制动；

e、电机启动、反转，在多级柱塞及加重杆重力作用下，多级柱塞下行；

f、CPU时时接收编码器传来的反映多级柱塞下行深度的脉冲信号，对脉冲数进行计算，并对多级柱塞当前深度是否小于等于下行最大深度进行逻辑判断；

f1、若多级柱塞当前深度＞下行最大深度，控制流程返回e；

f2、若多级柱塞当前深度≤下行最大深度，CPU将电机停转，液压推动器制动；

g、CPU将电机停转，液压推动器制动；

h、CPU启动内部计时器；

i、CPU将内部定时器与上行缓冲时间T进行逻辑判断；

i1、若缓冲时间＜T，控制流程返回g；

i2、若上行缓冲时间≥T，CPU解除液压推动器制动；

j、计时器停止；

k、液压推动器通电，解除制动；

L、电机正转启动，在柔性抽油绳拉力作用下，多级柱塞上行；

m、CPU时时接收电力监测模块的数字信号，对数字信号进行处理分析，得到当前电流大小，并对当前电流是否大于等于最大电流或多级柱塞当前深度是否大于等于上行最大深度进行逻辑判断；

m1、若当前电流≥最大电流或多级柱塞当前深度≥上行最大深度时，控制流程返回b；

m2、若当前电流＜最大电流且多级柱塞当前深度＜上行最大深度时，控制流程返回L。

柔性抽油绳为可加热的柔性抽油绳时，所述的控制总成的控制流程为：

a、系统启动，设定井口深度为0米，井下深度为负值；通过键盘输入：启动压力、下行最大深度、上行最大深度、设定温度、最大电流；温度传感器、压力传感器模块，编码器处于工作状态，时时将各种信号传送到电路控制板CPU；

b、电路控制板CPU将电机停转，液压推动器制动；

c、电路控制板CPU，对套管内压力传感器值是否大于等于启动压力进行逻辑判断；

c1：套管内压力传感器值＜启动压力，控制流程返回b；

c2：套管内压力传感器值≥启动压力，CPU解除液压推动器制动；

d、CPU将液压推动器解除制动；

e、电机反转启动，在多级柱塞及加重杆重力作用下，多级柱塞下行；

f、CPU时时接收编码器传来的反映多级柱塞下行深度的脉冲信号，对脉冲数进行计算，并对多级柱塞当前深度是否小于等于下行最大深度进行逻辑判断；

f1、若多级柱塞当前深度＞下行最大深度，控制流程返回e；

f2、若多级柱塞当前深度≤下行最大深度，CPU将电机停转，液压推动器制动；

g、CPU将电机停转，液压推动器制动；

h、CPU根据可加热的柔性抽油绳内安装的温度传感器传回的液体温度与设定温度进行逻辑判断；

h1、若温度传感器监测温度小于设定温度；

i、启动可加热的柔性抽油绳的加热电缆加热；控制流程返回g；

h2、若温度传感器监测温度大于等于设定温度，

j、可加热的柔性抽油绳停止加热；

k、CPU将液压推动器解除制动；

L、电机正转，多级柱塞上行；

m、CPU时时接收电力监测模块的数字信号，通过对数字信号进行处理、分析，得到当前电流大小，并对当前电流是否大于等于最大电流或柱塞当前深度是否大于等于上行最大深度进行逻辑判断；

m1、若当前电流≥最大电流或多级柱塞当前深度≥上行最大深度时，控制流程返回k；

m2、若当前电流＜最大电流且多级柱塞当前深度＜上行最大深度时，控制流程返回b。

由于本发明采用了井下多级柱塞超长冲程抽油泵，改变了现有卷扬式提拉采油装置将井液从井底提升至井口的全井运行模式，产生了一系列的有益效果和显著的经济效益。1)、多级柱塞只在泵筒内运行，行程短、磨损大幅降低，减少维修次数；2)、多个单级柱塞间采用活节连接，使多级柱塞可自由调整以适应超长泵筒的轴向偏差，解决柱塞遇阻问题；3)、除泵筒外全井油管均为普通油管，尤其对于深井，可大大降低油管处理成本；4)、利用逐步涨封封隔器可还可进一步节省井下油管，再次降低油井一次性投资成本；5)、卷筒上反复缠绕只是柔性抽油绳，井下其余部分抽油绳可为钢丝绳或抽油杆，区别以往提拉采油装置必须全井整根柔性抽油绳，一旦损坏必须更换整绳，该结构磨损后更换简单，省时、省费用；6)、非全井运行模式使卷筒上只有有限长度的柔性抽油绳在缠绕，无需大尺寸的卷筒和笨重的排绳装置，减少耗材，可大幅减轻整机重量和体积；尤其是卷筒挡边采取可拼接结构，避免生产中电机带动过重的卷筒，可节省机组制造材料，减少动力损耗；7)、在本发明基础上通过采用减速电机直驱卷筒的直驱方式，进一步缩小主机结构；8)、通过定滑轮凹槽内的柔性抽油绳在卷筒上缠绕时的最大位移夹角不大于2.5度的定位安装，可实现柔性抽油绳在卷筒上自动有序缠绕，可免除安装滑摆装置，再次精简整机组成部件，降低机组制造成本，使机组结构更紧凑，减少占地面积；9)、非全井运行模式使系统耗能减少，节电效果明显；10)全井只有通过防喷盒的一定长度柔性抽油绳为注塑柔性抽油绳或含加热电缆的注塑柔性抽油绳，其余段可为普通钢丝绳或其它抽油杆，不但减少昂贵注塑柔性抽油绳的使用成本，也使本发明系统可更加广泛适用于深井和稠油井，用含有加热电缆的柔性抽油绳能有效地提高油井原油出口温度，节省大量油田加热拌热投资，更能有效地解决油井蜡堵或稠油堵塞问题。11)、负载减少，耗能降低，节电效果显著；12)、能进行产液量和抽油次数的大幅调整；适合不同开采时期的油井；13)、超长冲程可产生强大负压，解堵和增产效果明显；14)、设备运 行更平稳，噪声更小；15)、诸多结构的改进所产生的诸多优点的互相作用，大幅度降低了油井一次性投入成本，整机可降成本40％多；16)、抽油杆上加挂刮蜡除垢器，可免除停机除蜡作业造成的作业繁琐和生产损失。

附图说明

图1是本发明一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统的整体结构示意图；

图2是本发明一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统的俯视图；

图3是本发明的定滑轮总成和滑摆装置的主视图；

图4是本发明的滑摆装置的侧视图；

图5-1是本发明的卷筒及压绳装置的主视图；

图5-2是本发明的卷筒及压绳装置的俯视图；

图6为本发明的制动器总成的结构示意图；

图7-1为本发明的钢体式多级柱塞的上半部结构图；

图7-2为本发明的钢体式多级柱塞的下半部结构图；

图8为本发明的井下超长泵筒的两泵筒的连接结构示意图；

图9本发明的柔性抽油绳为非可加热的柔性抽油绳时的控制总成的控制流程图；

图10本发明的柔性抽油绳为可加热的柔性抽油绳时的控制总成的控制流程图；

图11-1本发明的油管外安装封隔器的井下管柱局部结构示意图；

图11-2本发明封隔器涨封后井下管柱局部结构示意图；

图12本发明本所述的电机与行星式减速机联接直驱卷筒转动的结构图；

图13本发明本所述的电机与行星式减速机联接直驱卷筒转动的整机主视图；

图14本发明所述的电机与行星式减速机直联构成的减速电机的主视图及俯视图

图15本发明所述的法兰式联轴器将减速电机输出轴和卷筒轴联接的结构图；

图16本发明所述的减速电机通过法兰式联轴器直驱卷筒转动的整机主视图；

图17-1本发明所述的可拼接式卷筒挡边的主视图；

图17-2本发明所述的可拼接式卷筒挡边的俯视图；

图17-3本发明所述的可拼接式卷筒挡边的局部放大图；

图18本发明所述的卷筒对称定位的位置关系示意图；

图19本发明所述的卷筒偏心定位的位置关系示意图；

图20本发明所述的抽油杆上加挂刮蜡除垢器的示意图；

图21本发明所述的安装刮蜡除垢器的整机主视图。

图22本发明所述的卷筒底座加高后的整机主视图。

附图标记说明：1、动力驱动总成，1-1、电机，1-2、卷筒，1-3、链轮，1-4、制动器总成，1-41、液压推动器，1-42、推动器支板，1-43、弹簧，1-44、弹簧配重支臂，1-45、刹车连杆，1-46、刹车带总成，1-5、卷筒链轮，1-6、卷筒底座，1-7、传动链条，1-8、地面基座，2、定滑轮总成，2-1、定滑轮，2-2、支耳，3、控制总成，3-1、编码器，3-2、压力传感器，4、井架总成，4-1、定滑轮支撑座，4-2、井架下筋板，4-3、井架平台，4-4、井架横梁，4-5、井架，4-6、斜拉杆，4-7、调整螺栓，5、滑摆装置，5-1、摆杆，5-2、导向轮，5-3、滑摆底座，5-4、轴，5-5、滑槽，8、压绳装置，8-1、横杆，8-2、立杆，8-3、弹簧，8-4、压轮，6、井口装置，6-1、防喷盒，6-2、偏心井口，6-3、单流阀，6-4、输油管线，7、多级柱塞超长冲程抽油泵，71、密封腔部分，71-1、密封压套，71-2、密封胶敦，71-3、压绳头，71-4、密封腔上节，71-5、密封腔，71-6、上变径，72、加重部分，72-1、下变径，72-2、加重杆，72-3、加重杆下端，74、钢体式单级柱塞，74-1、出液孔，74-2、上挂体，74-3、凡尔阀球，74-4、凡尔阀球座，74-5、中心管，74-6、衬套，74-7、下接头，74-8、进液孔，74-9、接箍，74-10、焊接件，75-1、上接头，75-2、焊接件，75-3、下凡尔座体，75-4、轴向通孔，75-5、进液孔，75-6、配重接头，76、泵筒，76-1、外螺纹，76-2、接箍，76-3、内螺纹，76-4、切口，11、柔性抽油绳，9、井下管柱，9-1、丢手接头，9-2、封隔器，9-3、油管，10、钢丝绳，1-21、卷筒轴，1-22、卷筒挡边，1-23、卷筒裙边，1-24、连接件，1-25、螺栓，1-26、大皮带轮，1-11、小皮带轮、1-27、齿轮轴，1-13行星式减速机，1-131、行星轮，1-132、太阳轮，1-133、行星轴，1-134、转动轴承，1-135、齿圈，1-28、螺栓，1-30、防尘罩，1-29、机罩总成，1-136、支架，1-9减速电机输出轴，1-12联轴器，1-121、套筒，1-122、键，1-123、铰制孔用螺栓，12、刮蜡除垢器。

具体实施方式：

参见图1、图2和图5，本发明一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统包括：动力驱动总成1、定滑轮总成2、控制总成3、井架总成4、滑摆装置5、压绳装置8、井口装置6、井下管柱9、柔性抽油绳11、钢丝绳或抽油杆10和井下多级柱塞超长冲程抽油泵7；动力驱动总成1包括减速电机1-1、卷筒1-2、制动器总成1-4，结构是：减速电机1-1的输出轴上装有链轮1-3和编码器3-1；轴上装有卷筒链轮1-5的卷筒1-2安装在卷筒底座1-6上，卷筒底座1-6、减速电机1-1、制动器总成1-4固定在地面基座1-8上；卷筒链轮1-5与链轮1-3位于同一平面内且通过传动链条1-7连接；

参见图3，定滑轮总成2的结构是：定滑轮2-1的轴安装在两支耳2-2上，两支耳2-2与定滑轮支撑座4-1螺栓连接。

参见图1，井架总成4的结构是：配有井架下筋板4-2和井架平台4-3的井架4-5上端焊有井架横梁4-4，定滑轮支撑座4-1用螺栓固定在井架横梁4-4上，调整螺栓4-7对定滑轮支撑座4-1施加一个水平方向的力，以减轻固定定滑轮支撑座4-1的螺栓所受的力，斜拉杆4-6的两端分别与井架4-5和地面基座1-8螺栓连接，对井架4-5起支撑作用。

参见图3、图4，滑摆装置5的结构是：T型摆杆5-1的前端并排紧靠装有两个导向轮5-2，摆杆5-1与带有滑槽5-5的两滑摆底座5-3以轴5-4连接，滑摆底座5-3以螺栓固定在井架横梁4-4上；摆杆5-1的轴5-4可在滑槽5-5内纵向调节固定，用于调整柔性抽油绳11与定滑轮2-1之间的夹角；由于柔性抽油绳11在两个导向轮5-2之间形成的通孔穿过，当柔性抽油绳11在卷筒1-2上缠绕或释放时，摆杆5-1也随着柔性抽油绳11在轴5-4上横向摆动。

参见图1、图5，在远离减速电机1-1的卷筒底座1-6上固定安装压绳装置8，压绳装置8的结构是：带有两支耳的叉形横杆8-1与立杆8-2轴连接，立杆8-2下端固定在卷筒底座1-6上，弹簧8-3的两端分别固定在横杆8-1和立杆8-2上，对横杆8-1起牵引作用，压轮8-4安装在叉形横杆8-1的两支耳上，与卷筒1-2的轴平行、等长且位于卷筒1-2的上后方，与卷筒1-2的卷筒面保持适当的间距；滑摆装置5与压绳装置8共同作用，可防止柔性抽油绳11乱缠。

参见图1，井口装置6包括防喷盒6-1、偏心井口6-2、单流阀6-3和输油管线6-4。管柱9与井下多级柱塞超长冲程抽油泵7的超长泵筒连接。利用偏心井口6-2将压力传感器3-2下入油井底部油套环形空间内，对井下液体液柱压力进行监测，并将监测数据通过数据线传回控制总成3。

参见图6，控制总成3同时控制制动器总成1-4的电力液压推动器1-41的启动和关闭；当电力液压推动器1-41启动时，推动器支板1-42使刹车连杆1-45带动刹车带总成1-46离开卷筒1-2，卷筒1-2运转；反之，当电力液压推动器1-41停止时，弹簧1-43拉动弹簧配重支臂1-44，使刹车连杆1-45带动刹车带总成1-46接触并摩擦卷筒1-2，卷筒1-2停转。

参见图1，比井下多级柱塞超长冲程抽油泵7的冲程略长的柔性抽油绳11一端缠绕在卷筒1-2上，另一端穿过两导向轮5-2间的通孔，并绕过定滑轮2-1、依次穿过防喷盒 6-1、偏心井口6-2井下管柱9后与管柱9内的钢丝绳或抽油杆10卡箍连接，钢丝绳或抽油杆10的另一端与井下多级柱塞超长冲程抽油泵7的多级柱塞连接，带动多级柱塞抽汲井液。

参见图1、图9，控制总成3根据设定的上行缓冲时间控制电机1-1停机等待；根据套管内压力传感器3-2监测的压力值控制电机下行；根据减速电机1-1轴上安装的旋转编码器3-1计算出的多级柱塞超长冲程抽油泵7下入井深数与设定的下行最大深度对比结果来控制电机1-1停止下行并反向旋转，提升井液；根据旋转编码器3-1计算出的上行行程和设定的最大深度进行对比来控制减速电机1-1停止转动；同时控制总成3也相应控制制动器总成1-4对卷筒1-2进行制动或解除制动；进而使柔性抽油绳11在设定的冲程内反复提升或下放井下多级柱塞超长冲程抽油泵7的多级柱塞提升井液，改变以往卷扬式提拉采油系统的柱塞从井底一直提升至井口的全井运行模式，实现柱塞只在泵筒内反复上、下运行的超长冲程的非全井运行模式。

参见图11-1，所述井下管柱9可在多级柱塞超长冲程抽油泵7的泵筒上部的油管9-3外安装封隔器9-2和丢手9-1，以螺纹连接。

参见图11-2，井下设备安装完毕后，将封隔器9-2逐步涨封，封堵油套环形空间，利用丢手9-1将封隔器9-2上部油管9-3起出，井下多级柱塞超长冲程抽油泵7抽汲的井液在套管内流动，可以大大降低油井一次性投资成本，产生巨大的经济效益。

控制总成的CPU的具体控制流程是：

a、系统启动，设定井口深度为0米，井下深度为负值；通过键盘输入，启动压力，下行最大深度，上行最大深度，停机等待时间T，最大电流；压力传感器3-2，电流监测模块，编码器3-1处于工作状态，时时将各种信号传送到电路控制板CPU；

b、电路控制板CPU，将电机1-1停转，液压推动器1-4制动；

c、电路控制板CPU，对套管内压力传感器3-2值是否大于等于启动压力进行逻辑判断；

c1：套管内压力传感器3-2的值＜启动压力，控制流程返回b；

c2：套管内压力传感器3-2的值≥启动压力，CPU解除液压推动器1-4制动；

d、液压推动器1-4通电，解除制动；

e、电机1-1启动、反转，在多级柱塞及加重杆重力作用下，多级柱塞下行；

f、CPU时时接收编码器3-1传来的反映多级柱塞下行深度的脉冲信号，对脉冲数进行计算，并对多级柱塞当前深度是否小于等于下行最大深度进行逻辑判断；

f1、若多级柱塞当前深度＞下行最大深度，控制流程返回e；

f2、若多级柱塞当前深度≤下行最大深度，CPU将电机1-1停转，液压推动器1-4制动；

g、CPU将电机1-1停转，液压推动器1-4制动；

h、CPU启动内部计时器；

i、CPU将内部定时器与上行缓冲时间T进行逻辑判断；

i1、若缓冲时间＜T，控制流程返回g；

i2、若上行缓冲时间≥T，CPU解除液压推动器1-4制动；

j、计时器停止；

k、液压推动器1-4通电，解除制动；

L、电机1-1正转启动，在柔性抽油绳11的拉力作用下，多级柱塞上行；

m、CPU时时接收电力监测模块的数字信号，对数字信号进行处理分析，得到当前电流大小，并对当前电流是否大于等于最大电流或多级柱塞当前深度是否大于等于上行最大深度进行逻辑判断；

m1、若当前电流≥最大电流或多级柱塞当前深度≥上行最大深度时，控制流程返回b；

m2、若当前电流＜最大电流且多级柱塞当前深度＜上行最大深度时，控制流程返回L。

参见图1、图10,柔性抽油绳11可为含加热电缆的柔性抽油绳。可加热柔性抽油绳的下端安装温度传感器，长度超过结蜡点的加热柔性抽油绳与管柱9内的钢丝绳或抽油杆10用卡箍连接；结蜡点对应的以上管柱9涂有防止热量散失的保温涂层；由于非全井运行模式，使管柱9内始终有大量的井液存留其中；控制总成3可根据温度传感器上传的温度信号，控制可加热的柔性抽油绳对井液加热；加热柔性抽油绳与涂有保温涂层的管柱9配套使用，有利于管柱9清蜡和稠油井降稠，当地面加热炉等伴热设施出现故障时，可以起到临时顶替加热设备的作用，而无需停产；甚至完全可以取代地面加热炉等伴热设施，使井液的出口温度达到输油温度度的要求，并减少地面设施的投资成本。

此时，控制总成3的CPU根据温度传感器、编码器3-1和油套环形空间内的压力传感器3-2上传的信号，对整个机组实行智能控制，具体控制流程为：

a、系统启动，设定井口深度为0米，井下深度为负值；通过键盘输入：启动压力、下行最大深度、上行最大深度、设定温度、最大电流；温度传感器、压力传感器3-2，电流监测模块，编码器3-1处于工作状态，时时将各种信号传送到电路控制板CPU；

b、电路控制板CPU将电机1-1停转，液压推动器1-4制动；

c、电路控制板CPU，对套管内压力传感器3-2的值是否大于等于启动压力进行逻辑判断；

c1：套管内压力传感器3-2的值＜启动压力，控制流程返回b；

c2：套管内压力传感器3-2的值≥启动压力，CPU解除液压推动器1-4制动；

d、CPU将液压推动器1-4解除制动；

e、电机1-1反转启动，在多级柱塞及加重杆重力作用下，多级柱塞下行；

f、CPU时时接收编码器3-1传来的反映多级柱塞下行深度的脉冲信号，对脉冲数进行计算，并对多级柱塞当前深度是否小于等于下行最大深度进行逻辑判断；

f1、若多级柱塞当前深度＞下行最大深度，控制流程返回e；

f2、若多级柱塞当前深度≤下行最大深度，CPU将电机1-1停转，液压推动器1-4制动；

g、CPU将电机1-1停转，液压推动器1-4制动；

h、CPU根据可加热柔性抽油绳内安装的温度传感器传回的液体温度与设定的出口温度进行逻辑判断；

h1、若液体温度小于设定温度，

i、启动可加热的柔性抽油绳的加热电缆加热；控制流程返回g；

h2、若液体温度大于等于设定温度，

j、可加热的柔性抽油绳停止加热；

k、CPU将液压推动器1-4解除制动；

L、电机1-1正转，多级柱塞上行；

m、CPU时时接收电力监测模块的数字信号，通过对数字信号进行处理、分析，得到当前电流大小，并对当前电流是否大于等于最大电流或柱塞当前深度是否大于等于上行最大深度进行逻辑判断；

m1、若当前电流≥最大电流或多级柱塞当前深度≥上行最大深度时，控制流程返回b；

m2、若当前电流＜最大电流且多级柱塞当前深度＜上行最大深度时，控制流程返回L。

柔性抽油绳11可为由本公司研制的ZL201010164396.5一种柔性抽油绳的制造方法所制造的柔性抽油绳；可加热的柔性抽油绳，可为由本公司研制的ZL200920002662.7一种可加热的注塑复合钢丝绳,也可为其他结构的可加热的柔性抽油绳。

井下多级柱塞超长冲程抽油泵7由钢体式多级柱塞和超长泵筒组成。

参见图7-1，图7-2，钢体式多级柱塞包括密封腔部分71、加重部分72和串连的多个钢体式单级柱塞74；密封压套71-1、密封胶敦71-2和压绳头71-3将钢丝绳或抽油杆10在密封腔上节71-4内压紧，密封压套71-1、密封腔上节71-4、密封腔71-5、上变径71-6依次螺纹连接，密封圈密封，构成柱塞的密封腔部分71；串接加重杆72-2的数量由配重需要决定，下变径72-1、多个加重杆72-2、加重杆下端72-3依次螺纹连接，构成柱塞的加重部分72；钢体式单级柱塞74的结构是：顶部车有圆头的上挂体74-2的下部为空腔，与空腔对应的管壁上开有出液通孔74-1；在上挂体74-2的空腔内置放凡尔阀球74-3和凡尔阀球座74-4；凡尔阀球座74-4被上挂体74-2空腔内壁上的档台限位，并将凡尔阀球74-3限定在上挂体74-2的空腔内；外衬钼铬合金衬套74-6的中心管74-5的上端与上挂体74-2的下端以螺纹连接，并紧紧顶住凡尔阀球座74-4，中心管74-5的下端与下接头74-7的上端以螺纹连接；下接头74-7的管壁上开有进液孔74-8；上挂体74-2、凡尔阀球74-3、凡尔阀球座74-4、中心管74-5、衬套74-6和下接头74-7构成了钢体式单级柱塞74；结构相同的多个钢体式单级柱塞74顺次按照下一级钢体式单级柱塞74的上挂体74-2内挂在上一级钢体式单级柱塞74的下接头74-7的下空腔内；利用焊接件74-10与下接头74-7焊接，将上挂体74-2悬挂在下接头74-7的空腔内，上挂体74-2的圆头可在空腔内360度转动调整；同理连接第三级、第四级.....，最后一级钢体式单级柱塞74的上挂体74-2与中心管74-5通过接箍74-9外螺纹连接，最后一级钢体式单级柱塞74的下接头74-7被下凡尔座体75-3替代；下凡尔座体75-3的上、下两端为空腔，其下腔体内放置放凡尔阀球74-3和凡尔阀球座74-4，凡尔阀球座74-4被下凡尔座体75-3内壁上的档台限位，并将凡尔阀球74-3限定在其空腔内；下凡尔座体75-3的中间开有连通上、下腔体的轴向通孔75-4；下凡尔座体75-3的上端与中心管74-5螺纹连接，其下端与管壁上开有进液孔75-5的配重接头75-6连接；配重接头75-6与加重部分72的下变径72-1连接；第一级钢体式单级柱塞74的上挂体74-2的圆头部分内挂在下部为空腔的上接头75-1上，焊接件75-2与上接头75-1的管壁焊接，将上挂体74-2的圆头限定在其腔体内，上挂体74-2的圆头可在空腔内自如转动调整；上接头75-1与密封腔部分71的上变径71-6螺纹连接，构成钢体式多级柱塞。

串连的钢体式单级柱塞74的数量由钢体式单级柱塞74与泵筒的接触面的长度决定，例如，钢体式单级柱塞74的柱塞长为0.4，因为行业规范规定管柱副需达到1.2米，则需串连4个以上钢体式单级柱塞74。

由于各钢体式单级柱塞74采用上挂体74-2内挂在结构，使多级柱塞具有很好的自 动调节能力，以适应超长泵筒的轴向偏差，解决柱塞在超长泵筒内运行遇阻问题。多个单级柱塞串连，既保证了油管副需要，减少漏失量，提高泵效；又能延长多级柱塞的使用寿命。

参见图8，超长泵筒是由多个泵筒76“一字型”连接构成，其连接方式为：经精轧和珩磨后满足泵筒参数要求的两泵筒76、76’的端口处切有切口76-4，两泵筒的端口部车有外螺纹76-1、76-1’；接箍76-2内壁两端车有与两泵筒76、76’相匹配的内螺纹76-3、76-3’，接箍76-2中间留有止口；两泵筒76、76’与接箍76-2螺纹连接，配合间隙为0.01mm，且止口对中定位，两泵筒76、76’的对接后端面最大缝隙限制在0.1～0.2mm；对接后的两泵筒76、76’的直线度≤0.04mm/m；两泵筒76、76’装配接箍76-2后用通径规通试，若两泵筒76、76’对接后直线度＞0.04mm/m，则需进行珩磨校正，确保直线度≤0.04mm/m，并对两泵筒76、76’、接箍76-2进行连接顺序的标注；按照同样工序，将多个泵筒76进行连接，直至连接在一起的多个泵筒76的总长度大于油井设定的冲程长度为止，构成超长泵筒。

根据油井采油需要，本发明井下多级柱塞超长冲程抽油泵的冲程可为几十米至百余米，甚至几百米，具体根据油井产液量和成本投入统筹设定。

利用井下多级柱塞超长冲程抽油泵7，冲程可以设定为几十米或百余米，采用非全井运行的采油模式，由此产生了诸多的有益效果，并大幅地降低了整机成本。a、缠绕的柔性抽油绳11变短，卷筒1-2的尺寸大幅减小；b、结构简单的滑摆装置5和压绳装置8可取代笨重的排绳装置，减轻整机重量；c、采用非全井运行模式，井架和卷筒负荷减轻，井架变矮、耗材减少；整机结构更紧凑、轻便，整体高度由5米多降低到不足3米；d、卷筒1-2上反复缠绕的是柔性抽油绳11，磨损后只需更换此段柔性抽油绳11即可，更换更简便；e、用钢丝绳或抽油杆替代大部分柔性抽油绳，大幅降低成本，尤其对于深井，除降低成本明显外，还可克服柔性抽油绳在高温井下注塑融化问题；f、采用非全井运行模式，需处理的泵筒长度大幅缩短，大大降低了油井的一次性投入成本；g、由于柱塞总行程缩短，柱塞使用寿命延长，再加之多个柱塞互补作用，大大降低了柱塞更换频率，减少了修井作业次数。

本发明在吉林油田D45-8-1油井上进行了现场试验。油井井深1600米，设定冲程100米，泵筒直径为44mm，在满足生产需要的前提下，试验表明：

与游梁式抽油机相比，其优点是：(1)、节电效果显著；原井耗电日约110度，现耗电32度电，节约70.9％。(2)、能进行产量和抽油次数的大幅调整；投产初期产液量为6 方/日，现平稳期产液量为1.6方/日；投产初期抽油次数是72次/日，现平稳期抽油次数是36次/日，可适应不同开采阶段的油井采油。(3)、显著的增产效果；由于超长冲程在油管内产生强大的负压，造成液面浮动大，可以解堵，并对地层污染物有排除效果，增产明显，原井日产液约1方，现日产液1.6方。(4)、泵效大幅提高；抽子行程为90米，理论排量0.09方/次，套管液面下降8-9米，实际排量0.064方/次-0.072方/次，泵效为71％-80％。(5)、柱塞磨损大幅降低；日累计运行时间4.8小时。(6)、减少检泵作业费用；更换柱塞简单方便，上提到井口更换即可，实现检泵时不动管柱。

与现有的卷扬式提拉抽油机相比，其优点是：(1)、多级柱塞的磨耗大幅降低；现有采油方式，柱塞日运行累计米数为1600米*6次/日＝9600米，本发明的日运行累计米数为100米*36次/日＝3600米，抽子运行磨耗减少62.5％。(2)、柱塞磨损小，可减少修井次数。(3)、降低油管处理成本，现采油方式需要对1600米的采油管进行处理，本发明只需对100米泵筒进行处理，节省投资2万余元。(4)利用封隔器涨封，将油套环形空间封堵后，多级柱塞超长冲程抽油泵抽汲的井液可在套管内流动，以本井为例，可节省油管累计长度达1400米，节省资金近8万元；(5)、由于非全井运行模式，载荷减少，耗能减少，节省电能，现有设备耗电50度，本发明耗电为32度。(6)、地面整机设备结构紧凑、变矮、重量大幅减轻。整机高度由5米多降低到3米以下，重量减轻1吨多；(7)、用1500米的钢丝绳或抽油杆替代挠性柔性抽油绳，可节省成本3万余元；(8)、钢丝绳或抽油杆替换井下的注塑挠性柔性抽油绳，可解决深井挠性柔性抽油绳的注塑融化问题；(9)、可加热柔性抽油绳与涂有保温涂层的油管配合使用，不但有利于油管内清蜡和稠油井的降稠，还可以替代地面输油管线的伴热设施，大幅降低油井生产成本；(10)、设备运行更平稳，噪声小；(11)综合以上诸多因素共同作用，可使油井一次性投资成本降低近40％，产生巨大的经济效益。

为进一步优化本发明所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，参见图12、图13，所述的动力驱动总成1的电机1-1带动行星减速机1-13的小皮带轮1-11，小皮带轮1-11带动大皮带轮1-26转动，大皮带轮1-26通过键与齿轮轴1-27连接，带动太阳轮1-132转动，太阳轮1-132通过齿合的方式与行星轮1-131连接，使行星轮1-131绕自己的行星轴1-133转动，带动齿圈1-135转动，由于齿圈1-135与卷筒1-2通过螺栓1-28连接成一体，当齿圈1-135旋转时，卷筒1-2也开始旋转，并且绕着安装在支架1-136上的轴承1-134转动；防尘罩1-30、机罩总成1-29通过螺栓与支架1-136连接；

参见图14、图15和图16，所述的动力驱动总成1的电机1-1与行星式减速机1-13 直联成减速电机，减速电机的输出轴1-9通过法兰式联轴器1-12与卷筒1-2的卷筒轴1-21连接，即，法兰式联轴器1-12的两套筒1-121、1-121’分别套装在减速电机的输出轴1-9和卷筒轴1-21上，以键1-122、1-122’连接；两套筒1-121、1-121’用两铰制孔用螺栓1-123、1-123’固定在一起；构成减速电机直驱卷筒1-2转动的直驱机构；

所述的法兰式联轴器1-12可为其他类型的联轴器；

参见图18和图19，所述的井架总成4上安装的定滑轮2-1与卷筒1-2按下列步骤定位时，可省略所述的滑摆装置(5)：根据柔性抽油绳11的特性设定卷筒1-2的最小直径，A；当井下多级柱塞超长冲程抽油泵7设定的冲程米数需要柔性抽油绳11在卷筒1-2上缠绕的层数不少于2层时，以井架总成4上安装的定滑轮2-1的凹槽中心为轴对称定位卷筒1-2，既，卷筒1-2与定滑轮2-1对称定位；且定滑轮2-1凹槽内的柔性抽油绳11到卷筒1-2的两挡边1-22的夹角应不大于2.5度，并以此确定卷筒1-2与定滑轮2-1的最小水平间距为ctan1.25°×L₁/2，(L₁为卷筒1-2两挡边的间距)；B:当井下多级柱塞超长冲程抽油泵7设定的冲程米数需要柔性抽油绳11在卷筒1-2上缠绕的层数不足2层时，定滑轮2-1的凹槽内的柔性抽油绳11在卷筒1-2上缠绕总道数的一半时的最大位移夹角应不大于2.5度，且定滑轮2-1的凹槽中心与柔性抽油绳11在卷筒1-2上缠绕总道数的四分之一处相对应来确定卷筒1-2的位置，既，卷筒1-2与定滑轮2-1偏心定位；并以此确定卷筒1-2与定滑轮2-1的最小水平间距为ctan1.25°×L₂/2，(L₂为柔性抽油绳11在卷筒1-2上缠绕总道数的一半时的最大平移距离)；此外，在卷筒1-2上需将卷筒1-2缠满一层的总道数与冲程总道数的一半的道数差补满。

参见图18，以我公司研制的冲程为100米的本发明为例，根据柔性抽油绳11的特性，我公司设定卷筒1-2的直径为0.6米，柔性抽油绳11的直径为24毫米，两个卷筒挡边1-22相距L₁为0.392米；柔性抽油绳11在卷筒1-2上缠满一层的总道数为16道，卷筒1-2缠绕1道的绳长为1.884米；冲程为100米时，柔性抽油绳11共需在卷筒1-2上缠绕近53或54道，需在卷筒1-2上缠绕不满4层，因此，以定滑轮2-1的凹槽中心为对称点对称定位卷筒1-2，并且，按照ctan1.25°×L₁/2＝0.392/2×ctan1.25°来定位卷筒1-2到井架总成4上安装的定滑轮2-1的最小水平距离为9米；与现有技术相比，此时整机占地面积由原来的20平方米缩小到不到12平方米。

参见图19，当冲程为30米时，柔性抽油绳11在卷筒1-2上共需缠绕的冲程总道数,为22道，不足2层，因此，为了最大缩短卷筒1-2与定滑轮2-1的间距，使整机结构更紧凑，将冲程总道数分为2层，每层缠绕总道数的一半，即11道；柔性抽油绳11在卷 筒1-2上缠绕四分之一冲程总道数约为6道，6道的宽度为0.144米，若柔性抽油绳11的起始端固定在卷筒1-2的上方挡边处，那么，将卷筒1-2上距离下方卷筒挡边0.144米处与定滑轮2-1的凹槽中心对应，偏心确定卷筒1-2的位置，并按照ctan1.25°×L₂/2＝0.264/2×ctan1.25°来确定卷筒1-2与定滑轮2-1的最小水平间距为6米；此外，需将缠满卷筒1-2一层的总道数16与冲程总道数22的一半的差额道数5道在卷筒1-2上补齐；既，卷筒1-2在柔性抽油绳11起始缠绕处要缠5道以补齐冲程30米所确定的在卷筒1-2第一层只缠11道与卷筒1-2缠满一层总道数16道的道数差。

与现有技术相比，采用上述结构后，可以省略排绳装置，使本发明结构更紧凑。

参见图17-1、图17-2、图17-3，所述的卷筒1-2的卷筒挡边1-22可为拼接式，在卷筒挡边1-22外侧沿直径方向对称焊接两对带有螺栓孔的连接板1-24；半圆形卷筒裙边1-23上也开有与连接板1-24相对应的螺栓孔，两个半圆形卷筒裙边1-23通过螺栓1-25与卷筒挡边1-22联接固定。

以井深2000米为例，非拼接式卷筒1-2的卷筒挡边1-22的直径需要1650毫米才可缠绕2000米的抽油绳，抽油绳下入井下后，巨大的卷筒挡边1-22空闲无用，采取拼接式卷筒后，卷筒挡边1-22的直径缩小到1200毫米，卷筒裙边1-23的内环直径为1100毫米，外圈为1650毫米，每口井的每个卷筒1-2可节省钢材近0.25吨，并且在柔性抽油绳11完全下入井内后，可将卷筒裙边1-23拆卸下来，可与其它卷筒拼接后缠绕抽油绳。

参见图20和图21，所述的抽油杆10在结蜡点部位以上车有多个螺纹，多个刮蜡除垢器12与抽油杆10螺纹连接，且相邻两个刮蜡器12的间距应小于冲程米数；对于结蜡油井，在抽油杆10上安装刮蜡除垢器12，可以在油井产油的同时进行除蜡去垢，可避免油井停产和单独除蜡作业。

参见图22，所述的卷筒底座1-6加高至使卷筒1-2与定滑轮2-1等高，可减少柔性抽油绳11与卷筒之间的倾斜角度，减少柔性抽油绳11的磨损。

Claims (18)

1.一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，包括：动力驱动总成(1)、定滑轮总成(2)、控制总成(3)、井架总成(4)、滑摆装置(5)、压绳装置(8)、井口装置(6)、井下管柱(9)、柔性抽油绳(11)、钢丝绳或抽油杆(10)和井下多级柱塞超长冲程抽油泵(7)；其特征在于，动力驱动总成(1)驱动的柔性抽油绳(11)的长度大于设定冲程长度，柔性抽油绳(11)的一端缠绕在动力驱动总成的卷筒(1-2)上，另一端穿过滑摆装置(5)的两导向轮(5-2)间的通孔，并绕过定滑轮(2-1)，依次穿过井口装置的防喷盒(6-1)、偏心井口(6-5)、井下管柱(9)后，与管柱(9)内的钢丝绳或抽油杆(10)用卡箍连接，构成全井抽油绳；钢丝绳或抽油杆(10)的另一端与井下多级柱塞超长冲程抽油泵(7)的多级柱塞连接；井架总成(4)上安装定滑轮总成(2)和滑摆装置(5)；所述的井口装置(6)与管柱(9)连接，管柱(9)与井下多级柱塞超长冲程抽油泵(7)的超长泵筒连接；井下多级柱塞超长冲程抽油泵(7)由超长泵筒和多级柱塞构成，其多级柱塞置于超长泵筒内；所述的控制总成(3)由旋转编码器(3-1)和压力传感器(3-2)组成；压力传感器(3-2)通过偏心井口(6-2)下入油井底部的油套环形空间内。

2.根据权利要求1所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述的井下多级柱塞超长冲程抽油泵(7)的超长泵筒是由多个泵筒(76)“一字型”连接构成；多个泵筒(76)的连接方式是：经精轧和珩磨后满足泵筒参数要求的两泵筒(76、76’)的端口处切有切口(76-4、76-4’)，两泵筒的端口部车有外螺纹(76-1、76-1’)；接箍(76-2)内壁两端车有与两泵筒(76、76’)相匹配的内螺纹(76-3、76-3’)，接箍(76-2)中间留有止口；两泵筒(76、76’)与接箍(76-2)螺纹连接，配合间隙为0.01mm，且止口对中定位；两泵筒(76、76’)的对接后两端面间最大缝隙限制在0.1～0.2mm；对接后的两泵筒(76、76’)的直线度≤0.04mm/m；两泵筒(76、76’)装配接箍(76-2)后用通径规通试，若两泵筒(76、76’)对接后直线度＞0.04mm/m，则需进行珩磨校正，确保直线度≤0.04mm/m，并对两泵筒(76、76’)、接箍(76-2)进行连接顺序的标注；按照同样工序，将多个泵筒(76)进行连接，直至连接在一起的多个泵筒(76)的总长度大于油井设定的冲程长度为止。

3.根据权利要求1或2所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述的井下多级柱塞超长冲程抽油泵(7)的多级柱塞可为钢体式多级柱塞；包括密封腔部分(71)、加重部分(72)和串连的多个钢体式单级柱塞(74)；密封压套(71-1)、密封胶敦(71-2)和压绳头(71-3)将钢丝绳或抽油杆(10)在密封腔上节(71-4)内压紧，密封压套(71-1)、密封腔上节(71-4)、密封腔(71-5)、上变径(71-6)依次螺纹连接，密封圈密封，构成柱塞的密封腔部分(71)；串接加重杆(72-2)的数量由配重需要决定；下变径(72-1)、多个加重杆(72-2)、加重杆下端(72-3)依次螺纹连接，构成柱塞的加重部分(72)；钢体式单级柱塞(74)的结构是：顶部车有圆头的上挂体(74-2)的下部为空腔，与空腔对应的管壁上开有出液通孔(74-1)；在上挂体(74-2)的空腔内置放凡尔阀球(74-3)和凡尔阀球座(74-4)；凡尔阀球座(74-4)被上挂体(74-2)空腔内壁上的档台限位，并将凡尔阀球(74-3)限定在上挂体(74-2)的空腔内；外衬钼铬合金衬套(74-6)的中心管(74-5)的上端与上挂体(74-2)的下端以螺纹连接，并紧紧顶住凡尔阀球座(74-4)，中心管(74-5)的下端与下接头(74-7)的上端以螺纹连接；下接头(74-7)的管壁上开有进液孔(74-8)；上挂体(74-2)、凡尔阀球(74-3)、凡尔阀球座(74-4)、中心管(74-5)、衬管(74-6)和下接头(74-7)构成了钢体式单级柱塞(74)；结构相同的多个钢体式单级柱塞(74)顺次按照下一级钢体式单级柱塞(74)的上挂体(74-2)内挂在上一级钢体式单级柱塞(74)的下接头(74-7)的下部空腔内；利用焊接件(74-10)与下接头(74-7)焊接，将上挂体(74-2)悬挂在下接头(74-7)的空腔内；同理连接第三级、第四级.....，最后一级钢体式单级柱塞(74)的上挂体(74-2)与中心管(74-5)通过接箍(74-9)外螺纹连接，最后一级钢体式单级柱塞(74)的下接头(74-7)被下凡尔座体(75-3)替代；下凡尔座体(75-3)的上、下两端为空腔，其下腔体内放置放凡尔阀球(74-3)和凡尔阀球座(74-4)，凡尔阀球座(74-4)被下凡尔座体(75-3)内壁上的档台限位，并将凡尔阀球(74-3)限定在其空腔内；下凡尔座体(75-3)的中间开有连通上、下腔体的轴向通孔(75-4)；下凡尔座体(75-3)的上端与中心管(74-5)螺纹连接，其下端与管壁上开有进液孔(75-5)的配重接头(75-6)连接；配重接头(75-6)与加重部分(72)的下变径(72-1)连接；第一级钢体式单级柱塞(74)的上挂体(74-2)的圆头部分内挂在下部为空腔的上接头(75-1)上，焊接件(75-2)与上接头(75-1)的管壁焊接，将上挂体(74-2)的圆头限定在其腔体内；上接头(75-1)与密封腔部分(71)的上变径(71-6)螺纹连接，构成钢体式多级柱塞。

4.根据权利要求3所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述的串连钢体式单级柱塞(74)的数量由钢体式单级柱塞(74)与泵筒的接触面长度和行业规范要求决定。

5.根据权利要求1所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：动力驱动总成(1)包括减速电机(1-1)、卷筒(1-2)、制动器总成(1-4)；减速电机(1-1)的输出轴上装有链轮(1-3)；轴上装有卷筒链轮(1-5)的卷筒(1-2)安装在卷筒底座(1-6)上，压绳装置(8)紧靠卷筒(1-2)，并安装在卷筒底座(1-6)上，防止卷筒(1-2)缠绳乱序；卷筒底座(1-6)、减速电机(1-1)、制动器总成(1-4)固定在地面基座(1-8)上；卷筒链轮(1-5)与链轮(1-3)位于同一平面内且通过传动链条(1-7)连接；井口装置(6)包括防喷盒(6-1)、偏心井口(6-5)、单流阀(6-3)和输油管线(6-4)。

6.根据权利要求1所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述的滑摆装置(5)与压绳装置(8)配合使用；所述的滑摆装置(5)的结构是：T型摆杆(5-1)的前端并排紧靠装有两个导向轮(5-2)，摆杆(5-1)与带有滑槽(5-5)的两滑摆底座(5-3)以轴(5-4)连接，滑摆底座(5-3)以螺栓固定在井架横梁(4-4)上；摆杆(5-1)的轴(5-4)可在滑槽(5-5)内纵向调节固定，用于调整柔性抽油绳(11)与定滑轮(2-1)之间的夹角；柔性抽油绳(11)穿过两个导向轮(5-2)形成的通孔，摆杆(5-1)随着柔性抽油绳(11)在卷筒(1-2)上的缠绕或释放而在轴(5-4)上横向摆动；所述压绳装置(8)的结构是：在远离减速电机(1-1)的卷筒底座(1-6)上固定安装压绳装置(8)，压绳装置(8)的结构是：带有两支耳的叉形横杆(8-1)与立杆(8-2)轴连接，立杆(8-2)下端固定在卷筒底座(1-6)上，弹簧(8-3)的两端分别固定在横杆(8-1)和立杆(8-2)上，对横杆(8-1)起牵引作用，压轮(8-4)安装在叉形横杆(8-1)的两支耳上，与卷筒(1-2)的轴平行、等长且位于卷筒(1-2)的上后方，与卷筒(1-2)的卷筒面保持适当的间距。

7.根据权利要求1所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述的柔性抽油绳(11)为含有加热电缆的可加热柔性抽油绳，加热柔性抽油绳的井下端头部位内装温度传感器；可加热柔性抽油绳的长度应超过管柱的结蜡点处，可加热柔性抽油绳与管柱(9)内的钢丝绳或抽油杆(10)用卡箍连接；结蜡点处对应的以上管柱(9)涂有防止热量散失的保温涂层；控制装置(3)根据温度传感器监测的温度信号控制可加热柔性抽油绳加热；可加热柔性抽油绳与涂有保温涂层的管柱(9)配合使用。

8.根据权利要求1所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述井下管柱(9)在多级柱塞超长冲程抽油泵(7)的泵筒上部油管(9-3)外安装封隔器(9-2)和丢手(9-1)，以螺纹连接。

9.根据权利要求1所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述的动力驱动总成(1)的电机(1-1)与行星式减速机(1-13)直联成减速电机，减速电机的输出轴(1-9)通过联轴器与卷筒(1-2)的卷筒轴(1-21)连接。

10.根据权利要求9所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：减速电机的输出轴(1-9)通过法兰式联轴器(1-12)与卷筒(1-2)的卷筒轴(1-21)连接，即，法兰式联轴器(1-12)的两套筒(1-121)、(1-121’)分别套装在减速电机的输出轴(1-9)和卷筒轴(1-21)上，以键(1-122)、(1-122’)连接；两套筒(1-121)、(1-121’)用两铰制孔用螺栓(1-123)、(1-123’)固定在一起；构成减速电机直驱卷筒(1-2)转动的直驱结构。

11.根据权利要求1所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述的动力驱动总成(1)的电机(1-1)带动行星减速机(1-13)的小皮带轮(1-11)，小皮带轮(1-11)带动大皮带轮(1-26)转动，大皮带轮(1-26)通过键与齿轮轴(1-27)连接，带动太阳轮(1-132)转动，太阳轮(1-132)通过齿合的方式与行星轮(1-131)连接，使行星轮(1-131)绕自己的行星轴(1-133)转动，带动齿圈(1-135)转动，由于齿圈(1-135)与卷筒(1-2)通过螺栓(1-28)连接成一体，当齿圈(1-135)旋转时，卷筒(1-2)也开始旋转，并且绕着安装在支架(1-136)上的轴承(1-134)绕支架(1-136)转动；防尘罩(1-30)、机罩总成(1-29)通过螺栓与支架(1-136)连接。

12.根据权利要求1所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述的井架总成(4)上安装的定滑轮(2-1)与卷筒(1-2)按下列条件定位时，可省略所述的滑摆装置(5)：根据柔性抽油绳(11)的特性设定卷筒(1-2)的最小直径，A；当井下多级柱塞超长冲程抽油泵(7)设定的冲程米数需要柔性抽油绳(11)在卷筒(1-2)上缠绕的层数不少于2层时，以井架总成(4)上安装的定滑轮(2-1)的凹槽中心为轴对称定位卷筒(1-2)，既，卷筒(1-2)与定滑轮(2-1)对称定位；且定滑轮(2-1)凹槽内的柔性抽油绳(11)到卷筒(1-2)的两挡边(1-22)的夹角应不大于2.5度，并以此确定卷筒(1-2)与定滑轮(2-1)的最小水平间距为ctan1.25°×L1/2，L₁为卷筒(1-2)两挡边的间距；B:当井下多级柱塞超长冲程抽油泵(7)设定的冲程米数需要柔性抽油绳(11)在卷筒(1-2)上缠绕的层数不足2层时，定滑轮(2-1)的凹槽内的柔性抽油绳(11)在卷筒(1-2)上缠绕总道数的一半时的最大位移夹角应不大于2.5度，且定滑轮(2-1)的凹槽中心与柔性抽油绳(11)在卷筒(1-2)上缠绕总道数的四分之一处相对应来确定卷筒(1-2)的位置，既，卷筒(1-2)与定滑轮(2-1)偏心定位；并以此确定卷筒(1-2)与定滑轮(2-1)的最小水平间距为ctan1.25°×L2/2，L₂为柔性抽油绳(11)在卷筒(1-2)上缠绕总道数的一半时的最大平移距离；此外，在卷筒(1-2)上需将卷筒(1-20)缠满一层的总道数与冲程总道数的一半的道数差补满。

13.根据权利要求1所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述的卷筒(1-2)的卷筒挡边(1-22)可为拼接式，在卷筒挡边(1-22)外侧沿直径方向对称焊接两对带有螺栓孔的连接板(1-24)；半圆形卷筒裙边(1-23)上也开有与连接板(1-24)相对应的螺栓孔，两个半圆形卷筒裙边(1-23)通过螺栓(1-25)与卷筒挡边(1-22)联接固定。

14.根据权利要求1所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述的抽油杆(10)在结蜡点以上部位按照间距小于冲程米数，车有多处螺纹，刮蜡除垢器(12)以螺纹连接在抽油杆(10)上。

15.根据权利要求5所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统，其特征在于：所述的卷筒底座(1-6)加高至卷筒(1-2)与定滑轮(2-1)等高。

16.一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统的工作方法，其特征在于，控制总成(3)根据设定的上行缓冲时间控制电机(1-1)停机等待；根据套管内压力传感器(3-2)监测的压力值控制电机下行；根据减速电机(1-1)轴上安装的旋转编码器(3-1)计算出的多级柱塞超长冲程抽油泵(7)下入井深数与设定的下行最大深度对比来控制电机(1-1)停止下行并反向旋转，提升井液；根据旋转编码器(3-1)计算出的上行行程和设定的上行最大深度对比来控制减速电机(1-1)停止转动；同时控制总成(3)也相应控制制动器总成(1-4)对卷筒(1-2)进行制动或解除制动；进而使柔性抽油绳(11)在设定的冲程内反复提升或下放井下的多级柱塞超长冲程抽油泵(7)的多级柱塞提升井液，改变以往卷扬式提拉采油系统的柱塞从井底一直提升至井口的全井运行模式，实现柱塞只在泵筒内反复上、下运行的超长冲程的非全井运行模式。

17.根据权利要求16所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统的工作方法，所述的控制总成(3)的控制流程是：

a、系统启动，设定井口深度为0米，井下深度为负值；通过键盘输入，启动压力，下行最大深度，上行最大深度，停机等待时间T，最大电流；压力传感器(3-2)，电流监测模块，编码器(3-1)处于工作状态，时时将各种信号传送到电路控制板CPU；

b、电路控制板CPU，将电机(1-1)停转，液压推动器(1-41)制动；

c、电路控制板CPU，对套管内压力传感器(3-2)的值是否大于等于启动压力进行逻辑判断；

c1：套管内压力传感器(3-2)值＜启动压力，控制流程返回b；

c2：套管内压力传感器(3-2)值≥启动压力，CPU解除液压推动器(1-41)制动；

d、液压推动器(1-41)通电，解除制动；

e、电机(1-1)启动、反转，在多级柱塞及加重杆重力作用下，多级柱塞下行；

f、CPU时时接收编码器(3-1)传来的反映多级柱塞下行深度的脉冲信号，对脉冲数进行计算，并对多级柱塞当前深度是否小于等于下行最大深度进行逻辑判断；

f1、若多级柱塞当前深度＞下行最大深度，控制流程返回e；

f2、若多级柱塞当前深度≤下行最大深度，CPU将电机(1-1)停转，液压推动器(1-41)制动；

g、CPU将电机(1-1)停转，液压推动器(1-41)制动；

h、CPU启动内部计时器；

i、CPU将内部定时器与上行缓冲时间T进行逻辑判断；

i1、若缓冲时间＜T，控制流程返回g；

i2、若上行缓冲时间≥T，CPU解除液压推动器(1-41)制动；

j、计时器停止；

k、液压推动器(1-41)通电，解除制动；

L、电机(1-1)正转启动，在柔性抽油绳(11)拉力作用下，多级柱塞上行；

m、CPU时时接收电力监测模块的数字信号，对数字信号进行处理分析，得到当前电流大小，并对当前电流是否大于等于最大电流或多级柱塞当前深度是否大于等于上行最大深度进行逻辑判断；

m1、若当前电流≥最大电流或多级柱塞当前深度≥上行最大深度时，控制流程返回b；

m2、若当前电流＜最大电流且多级柱塞当前深度＜上行最大深度时，控制流程返回L。

18.根据权利要求16所述的一种低矮型超长冲程智能控制卷扬式提拉采油系统的工作方法，其特征在于：柔性抽油绳(11)为可加热的柔性抽油绳时，所述的控制总成(3)的控制流程为：

a、系统启动，设定井口深度为0米，井下深度为负值；通过键盘输入：启动压力、下行最大深度、上行最大深度、设定温度、最大电流；温度传感器、压力传感器(3-2)模块，编码器(3-2)处于工作状态，时时将各种信号传送到电路控制板CPU；

b、电路控制板CPU将电机(1-1)停转，液压推动器(1-41)制动；

c、电路控制板CPU，对套管内压力传感器(3-2)值是否大于等于启动压力进行逻辑判断；

c1：套管内压力传感器(3-2)值＜启动压力，控制流程返回b；

c2：套管内压力传感器(3-2)值≥启动压力，CPU解除液压推动器(1-41)制动；

d、CPU将液压推动器(1-41)解除制动；

e、电机(1-1)反转启动，在多级柱塞及加重杆重力作用下，多级柱塞下行；

f、CPU时时接收编码器(3-1)传来的反映多级柱塞下行深度的脉冲信号，对脉冲数进行计算，并对多级柱塞当前深度是否小于等于下行最大深度进行逻辑判断；

f1、若多级柱塞当前深度＞下行最大深度，控制流程返回e；

f2、若多级柱塞当前深度≤下行最大深度，CPU将电机(1-1)停转，液压推动器(1-41)制动；

g、CPU将电机(1-1)停转，液压推动器(1-41)制动；

h、CPU根据可加热的柔性抽油绳内安装的温度传感器传回的液体温度与设定温度进行逻辑判断；

h1、若温度传感器监测温度小于设定温度；

i、启动可加热的柔性抽油绳的加热电缆加热；控制流程返回g；

h2、若温度传感器监测温度大于等于设定温度，

j、可加热的柔性抽油绳停止加热；

k、CPU将液压推动器(1-41)解除制动；

L、电机(1-1)正转，多级柱塞上行；

m、CPU时时接收电力监测模块的数字信号，通过对数字信号进行处理、分析，得到当前电流大小，并对当前电流是否大于等于最大电流或柱塞当前深度是否大于等于上行最大深度进行逻辑判断；

m1、若当前电流≥最大电流或多级柱塞当前深度≥上行最大深度时，控制流程返回k；

m2、若当前电流＜最大电流且多级柱塞当前深度＜上行最大深度时，控制流程返回b。